【摘 要】
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液泡加工酶（Vacuolar Processing Enzyme,VPE）是一种存在于植物液泡中的半胱氨酸蛋白酶,不仅具有水解蛋白的功能,而且与动物Caspase-1功能相似,能促进植物细胞程序性死亡（programmed cell death,PCD）。近年来的研究表明,在植物发育及胁迫响应过程中,VPE具有介导植物细胞PCD,促进植物发育时期转换及响应胁迫的重要功能。此外,VPE还具有类似转录
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（31771367）,甘薯近缘野生种 Ipomoea tabascana（4x）的细胞遗传学研究； 国家甘薯产业技术体系细胞遗传与倍性育种技术岗位科学家项目（CARS-10-B03）； 江苏省高校优势学科；
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液泡加工酶（Vacuolar Processing Enzyme,VPE）是一种存在于植物液泡中的半胱氨酸蛋白酶,不仅具有水解蛋白的功能,而且与动物Caspase-1功能相似,能促进植物细胞程序性死亡（programmed cell death,PCD）。近年来的研究表明,在植物发育及胁迫响应过程中,VPE具有介导植物细胞PCD,促进植物发育时期转换及响应胁迫的重要功能。此外,VPE还具有类似转录因子及功能蛋白的作用,并通过转录及蛋白互作的方式对下游基因的表达和蛋白的活性进行调控,最终影响作物的发育、果实的成熟、次级代谢产物的生成。甘薯（Ipomoea batatas（L.）Lam.）,因其高产、高抗、营养丰富等优点被广泛种植。本研究筛选并克隆了3个甘薯VPE基因（IbVPE1-3）,分析了IbVPE1组织特异性及胁迫表达模式,将IbVPE1转入拟南芥,初步研究了IbVPE1的功能,主要研究结果如下:（1）对甘薯栽培种Xu18中的3个VPE基因IbVPE1、IbVPE2和IbVPE3进行了序列分析,并与12个物种的VPE基因进行了比较,初步发现IbVPE1属于营养型,IbVPE2属于种子型,IbVPE3可能是一种新型的VPE。（2）组织特异性及胁迫表达分析结果表明,IbVPE1在薯块和叶片的发育过程中表达量逐渐降低,在叶片逐渐衰老的过程中表达量显著升高;在盐胁迫条件下表达量显著升高;在模拟干旱条件下,表达量的变化不明显;而在不同激素（ZT,6-BA,GA,ACC,IPA,IAA）处理下,IbVPE1的表达量均出现了显著或极显著的升高。（3）克隆并分析了IbVPE1的启动子序列,结果表明,该序列启动子中除含有典型的关键启动子元件TATA-Box及CAAT-Box外,还包含了多种与胁迫、发育相关的调控元件,如MADS box,WRKY的结合元件等。（4）IbVPE1亚细胞定位结果显示,IbVPE1主要定位于液泡中。（5）观察转IbVPE1拟南芥植株的表型发现,转化植株相较于野生型,出现开花期提前,叶片小,叶片中叶绿素降解加速,衰老提前等现象;进一步分析表明,异源转化株系中TCP家族成员（TCP14,15,23）,AP1及LFY的表达量显著高于野生型,说明IbVPE1可能通过调节TCP家族成员（TCP14,15,23）,AP1及LFY的表达量调控叶片的发育及开花时期;同时发现,叶绿素降解过程中关键酶基因表达量也明显上调,说明IbVPE1可能通过调节这些关键酶基因的表达,加速叶片中叶绿素的降解,使得叶片衰老提前。以上结果说明,IbVPE1不仅能够响应逆境和激素胁迫,而且能够参与植物叶片及花的发育过程。说明甘薯液泡加工酶基因同样具有多样化的功能,对于进一步解析植物VPE家族成员的功能具有重要的作用。
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