谷氨酰胺合成酶(GS,EC 6.3.1.2)和天冬酰胺合成酶(AS,EC 6.3.5.4)是无机氮同化过程中最重要的酶类,在提高植物氮素利用率方面应用潜力巨大。目前,科学工作者主要对水稻和拟南芥等植物中的GS和AS进行了较为深入的表达和功能分析研究,其中一些已经获得了令人惊喜的结果。不过,GS和AS在不同物种间经历了不同的演化过程,其生物学功能上仍存在较大的差异,一些物种中的GS和AS基因甚至演化出了本物种特异的生物学功能。因此,为了更好的利用GS和AS家族基因,对其他重要物种的GS和AS基因进行研究也至关重要。番茄是世界上最重要的果菜之一,营养丰富,深受消费者青睐。番茄生产期长,产量高,生产过程中氮肥需求量较大、利用率低。过多的氮肥施入不仅提升了生产成本,还造成了较大的环境压力。因此,提高番茄氮素利用率意义重大。番茄GS和AS家族基因的功能研究可为番茄氮素同化分子机理的解析及氮素利用率的提高提供重要的线索。不过,目前世界上对番茄GS和AS家族基因功能研究的报道仍然较少,认识仍然不足。我们初期的研究结果显示,SlGS1.1可能在番茄氮素的初级同化、贮藏、转运、再利用、果实成熟以及品质形成方面发挥着重要的作用。为了进一步解析其生物学功能,本研究克隆了SlGS1.1和SlAS1,构建了遗传转化载体,获得了SlGS1.1超量表达株系和SlAS1超量表达株系,并利用这些株系,通过生理生化等技术手段,对SlGS1.1和SlAS1的生物学功能进行初步的研究,分析了该基因表达的改变对碳氮代谢的影响。主要研究结果如下:1.利用特异引物克隆了番茄SlGS1.1的ORF片段。以pMV2载体为基础,经过酶切连接,构建了SlGS1.1植株超表达载体。经过农杆菌介导的番茄遗传转化体系,获得了11棵SlGS1.1超量表达的阳性植株,目前已经获得了T2代纯合转基因株系;2.SlGS1.1表达量在超表达植株的根系和叶片中升高数十倍,在果实中升高5-8倍,并引起SlGS2在叶片中的表达量上升。在低氮条件下,超量表达植株根系和叶片中SlGS1.1表达量更高;3.与野生型相比,超量表达植株根系和叶片中GS酶活性提高,叶片中提升62.0%-76.5%,根系中提升5.0%-11.6%。低氮条件下,转基因植株叶片GS活性略高于野生型;4.与野生型相比,SlGS1.1超量表达植株的根、叶和果实中碳氮代谢相关酶编码基因,如GOGAT、GDH、AspAT和AS家族基因表现出了不同的表达模式,各组织中相应的总酶活也发生了变化。在超量植株的叶片中GOGAT和AspAT家族基因表达上升,相应的叶片中的酶活也分别增加了57.5%-70.0%和42.3%-65.2%;相反地,在果实中GOGAT和AspAT家族基因表达下降,酶活分别减少10.5%-18.0%和18.2%-29.0%。在缺氮条件下,大部分基因的表达受到了抑制,酶活性也有不同程度降低;5.SlGS1.1超表达植株的表型与野生型没有差异,但SlGS1.1超量表达植株的碳氮代谢水平发生了一定的改变。SlGS1.1超表达植株的根和叶片NO3-含量增加,叶片和果实的NH4+含量减少,根和果实中Glu含量降低,根、叶和果实中可溶蛋白含量增加,果实总氨基酸含量是野生型的1.5-2倍。缺氮条件下,超量表达植株的NH4+和Glu含量均低于野生型,并且可溶性蛋白含量增加;6.与野生型相比,SlGS1.1超量表达植株的根中糖和柠檬酸含量显著降低,叶片中糖含量增加。果实中总可溶性糖、葡萄糖以及苹果酸含量降低,果糖和柠檬酸含量增加提高;7.器官表达和氮素响应分析表明,SlAS1在番茄植株呈现组成型表达模式,在花瓣和子房中表达较多,在根部SlAS1受氮素诱导表达;8.构建了SlAS1超量表达载体,并对其进行了遗传转化,获得了14棵T0代阳性转化植株,经分子鉴定和筛选获得了转基因纯合株系;9.超量表达植株中SlAS1的表达量显著升高,与野生型相比,叶片中升高80-140倍,根中升高20-40倍,果实中升高200-800倍,但两者在表型未表现出明显差异。