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甘蔗是世界上最重要的糖料和能源作物,具有光合效率高,宿根性好和增产潜力大等特点。提高甘蔗的产量和蔗糖分有利于提高蔗农的收入,促进蔗糖业的健康发展。培育高产高糖抗逆性强的甘蔗新品种,是现阶段甘蔗育种工作中面临的重大挑战。对甘蔗不同生育期叶中蔗糖合成和运输、茎中蔗糖代谢相关酶活性进行研究,明确其变化规律及其与糖分积累的相关性,对高产高糖甘蔗品种培育和栽培都有重要意义。本研究采用RT-PCR和RACE-PCR技术,从甘蔗品种GT28中克隆与蔗糖代谢密切相关的转化酶(INV)、转化酶抑制子(InvInh)和蔗糖转运蛋白(SUT)家族基因,通过转基因技术对SoInvInh2进行功能鉴定;同时通过HPLC技术测定大田栽培甘蔗品种ROC22和GT28成熟期以及桶栽甘蔗品种高糖GT35和低糖B8苗期、伸长期和成熟期中叶片和蔗茎中的糖分含量,以探讨甘蔗蔗糖代谢酶活性与糖分积累的关系。主要结果如下:1、克隆到转化酶基因SoSAI1、SoCIN1和SoNIN,它们分别编码685 aa、576 aa和603 aa。SoSAI1和SoCIN1是糖基化蛋白,属于GH32家族基因,SoN1N1为非糖基化蛋白,属于GH100家族基因。SoNIN1具有6个外元和5个内元结构,其5’UTR区存在一个268 bp内含子序列。SoCIN1为7个外元和6个内元结构。利用染色体步移技术克隆到的3个转化酶基因的启动子序列,都含有生物和非生物胁迫相关元件。3个转化酶都是组成型表达基因。而且,在15%PEG、100 mmol.L-1NaCl和4℃胁迫下,它们在根和叶中的表达模式不尽相同。2、克隆到2个转化酶抑制子基因:SoInvInh1为678 bp,编码176 aa;SoInvInh2为927 bp,编码216aa。它们都不含内含子序列。SoInvInh1和SoInvInh2的GC含量分别为66.8%和70.05%,属于高GC含量基因。系统进化树分析表明,植物InvInhs蛋白可以分为4类,SoInvInh1和SoInvInh2分别属于Ⅲ类和Ⅰ类。不同物种间InvInh蛋白氨基酸序列同源性较低,但都具有4个保守的Cys位点。荧光定量PCR分析表明在甘蔗茎、叶、花序和花序轴中都能检测到这2个基因的表达。转SoInvInh2拟南芥与野生型拟南芥相比,幼苗期根系变短变少,叶片变小,而花期植株矮小、叶片变小、花序分支减少。对转SoInvInh2拟南芥蔗糖代谢相关酶活性与糖分含量的分析,表明SoInvInh2基因可能通过抑制拟南芥CIN酶活性,从而对植物的表型产生影响。3、克隆出5个SUT基因,其中SoSUT2、SoSUT3和SoSUT5为首次克隆获得的新基因。其中SoSUT3有两个转录本,但都具有6个外元和5个内元结构。甘蔗5个SoSUTs蛋白的分子质量为53.44～61.80 kD,理论等电点pI为5.94～10.68。5个SoSUTs蛋白都含有12个跨膜结构,在第1个和第2个跨膜结构之间含有一个保守的组氨酸残基。甘蔗SoSUT5编码的蛋白具有蔗糖转运活性。植物SUTs可以分为5个亚家族,其中SoSUT1和SoSUT3蛋白属于SUT3家族蛋白,而SoSUT2、SoSUT4和SoSUT5蛋白分别属于SUT2、SUT4和SUT5亚家族。在甘蔗生理成熟期,SoSUT1、SoSUT4和SoSUT5在甘蔗花序中的基因表达量最高,而SoSUT2和SoSUT3在芽和花序中的表达量高于茎和根中基因的,说明在花序发育过程中甘蔗SoSUTs基因可能在甘蔗花序发育和种子形成过程中发挥重要作用。在甘蔗工艺成熟期,节间5个SoSUTs基因表达模式不同,说明SoSUT基因可能在蔗茎蔗糖积累中作用不同。4、大田新植蔗成熟期GT28(早熟品种)和ROC22(早中熟品种)节间蔗糖含量与SPS和CIN酶活性显著呈正相关,与SAI和SS-s酶活性呈显著负相关,而与SS-c和NI酶活性存在较大差异。节间SPS和SS-s酶活性提高有利于蔗糖的积累,而随着节间成熟,蔗糖含量可能是促使SS酶活性由合成方向向分解方向转化的一个重要调节因子。SoInvInh2基因表达量与CIN酶活性呈显著负相关,可能起抑制CIN酶活性的作用。桶栽试验表明:苗期GT35和B8叶中蔗糖含量与SPS和SS-s酶活性呈正相关;茎中蔗糖含量与SS-c、SAI和CIN酶活性呈显著负相关;与SPS酶活性呈显著的正相关。伸长期和成熟期2个品种茎中蔗糖含量与SPS和CIN酶活性呈显著的正相关,而与SS-c、NI和SAI酶活性都呈显著的负相关。而在成熟期茎中蔗糖含量还与SS-s酶活性呈显著负相关。伸长期叶中己糖含量与NI酶活性呈显著正相关,而在成熟期叶中己糖含量与NI酶活性呈负相关。