甘薯是世界重要的七大粮食作物之一,由于具有生产成本低,生物产量大,且可利用价值高等优点在很多地区被广泛推广。甘薯多生长于贫瘠土地中,环境对其生物产量的影响至关重要,因此对甘薯相关抗逆基因结构和功能的研究具有重要意义。海藻糖作为一种植物渗透调节物质,当植物受到干旱、高盐、高温等非生物胁迫时,可取代水分子与生物膜及蛋白质等生物大分子的羟基,维持植物细胞膜结构和功能的稳定,从而提高植物抗逆性。海藻糖-6-磷酸合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)是植物海藻糖唯一合成途径中的关键酶,具有无法替代的作用。许多研究表明TPS可参与植物逆境应答反应,提高植物抗性。本研究通过干旱条件下从甘薯转录组数据库中得到一条与拟南芥AtTPS1高度同源的Unigene序列,设计特异性引物,成功克隆得到IbTPS1基因,对其序列特征、表达模式进行分析后将IbTPS1序列N-端2-88氨基酸进行截断修饰,构建酵母表达载体进行TPS活性鉴定和酵母抗性鉴定,构建植物表达载体进行亚细胞定位和转基因甘薯抗性鉴定,并对作用机理进行了研究。具体结果如下所示:(1)采用RT-PCR技术成功从甘薯中分离出IbTPS1,序列全长2811 bp,编码936个氨基酸,具有两个保守结构域GT1-TPS和HAD-TPP,预测其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主,无β-折叠,无信号肽,最可能定位于细胞质,是一个不稳定亲水性蛋白;(2)组织特异性表达模式分析表明IbTPS1在甘薯不同器官中均有表达,在块根和叶中表达最高,叶柄和须根中最弱;高渗、高盐、高温胁迫条件下均可诱导IbTPS1上调表达;烟草亚细胞定位结果表明IbTPS1编码蛋白不在细胞核和叶绿体中,定位于细胞质中可能性最大;(3)成功得到N-端截断2-88个氨基酸的修饰序列ΔNIbTPS1,构建IbTPS1-pYX212和ΔNIbTPS1-pYX212酵母表达载体,酵母异源互补实验证明IbTPS1编码蛋白均具有TPS酶活性,在高盐、高渗、氧化胁迫条件下ΔNIbTPS1转基因酵母均表现出明显的生长优势,证明N-端冗余序列对IbTPS1酶活性有抑制作用,ΔNIbTPS1在转基因酵母中的表达可提高酵母抗性;(4)运用Gatewy技术成功构建植物表达载体ΔNIbTPS1-pGWB5,转化农杆菌后采用甘薯遗传转化体系,成功获得8个ΔNIbTPS1转基因甘薯株系;(5)选择3个ΔNIbTPS1转基因甘薯植株系(简称△T)△T-4、△T-7、△T-9用于基因抗逆性功能研究。叶盘胁迫实验结果表明高盐、高渗、氧化等胁迫条件下,野生型叶片颜色明显泛黄,边缘焦灼化,叶绿素含量减少百分比显著升高,高达转基因甘薯体系的1.5-6倍,证明ΔNIbTPS1在转基因甘薯中表达提高了甘薯抗性。