木薯(Manihot esculenta Crantz)是一种重要的热带经济作物,是热带地区重要的粮食来源,也是生物能源的重要原材料。盐胁迫对植物造成渗透胁迫和氧化胁迫,是影响植物正常生长和限制作物产量的主要环境因素。糖类可作为渗透调节物质及信号分子参与胁迫反应,蔗糖是糖类从源到库长途运输的主要形式,其合成与蔗糖磷酸酶(Sucrose Phosphate Phosphatase,SPP)有着密切关系,而单糖转运蛋白(Sugar Transport Proteins,STP)在糖类物质的运输和分配中发挥着重要的作用。类黄酮可以作为抗氧化剂参与植物逆境胁迫反应,其含量与苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia-lyase,PAL)的活性成正相关。分析糖类物质与氨基酸在木薯适应盐胁迫过程中的作用,并分析MeSTPs、MeSPPs、MePALs对盐胁迫的响应,可为后续木薯耐盐品种选育和栽培提供理论基础。本研究以木薯KU50(Kasetsart University 50)为实验材料,首先剖析了木薯在盐胁迫下的形态和生理变化,利用HPLC技术分析了 17种氨基酸和7种糖类含量的变化,然后采用RT-PCR技术克隆了 MeSPPs、MePALs两个基因家族成员并进行生物信息学分析,最后基于转录组数据和qRT-PCR实验分析MeSTPs、MeSPPs、MePALs的表达模式,并从每个家族中筛选出表达上调倍数最多的成员通过木薯原生质体瞬时表达体系对其进行亚细胞定位分析。主要结果如下:(1)盐胁迫(300 mM NaCl)处理15天,处理与对照相比,木薯株高降低了 23.4%,鲜重减少了 32.1%;叶片的数量、大小和根系的总数量、侧根的数量都明显减少。说明盐胁迫抑制木薯的生长发育,导致株高和生物量的减少。(2)盐胁迫处理与对照相比,PAL活性在叶片和根中分别提高了 61.2%和49.2%;类黄酮含量在叶片和根中分别提高了 64.5%和61.6%;POD活性在叶片中都很低,在根中没有明显变化;SOD活性在叶片和根中分别降低了 44.7%和13.6%。推测酶促抗氧化系统在木薯响应盐胁迫中并没有发挥多大的作用,木薯通过提高PAL活性,促进下游类黄酮的合成,以提高非酶促抗氧化能力来缓解盐胁迫造成的氧化损伤。(3)盐胁迫处理与对照相比,脯氨酸含量在叶片和根中分别提高了 116.7%和71.6%,7种可溶性糖的总含量在叶片和根中分别增加了 73.9%和20.8%。说明脯氨酸和可溶性糖参与了木薯盐胁迫的响应。(4)从木薯中克隆得到蔗糖磷酸酶基因家族3个成员,分别命名为MeSPP1、MeSPP2和MeSPP3,碱基序列长度分别为1278 bp、1284 bp和1275 bp;克隆得到苯丙氨酸解氨酶基因家族6个成员,分别命名为MePAL1-MePAL6,碱基序列长度分别为 2148 bp、2112 bp、2139 bp、2051 bp、2133 bp 和 2136 bp。(5)盐胁迫处理下MeSPPs、MePALs、MeSTPs三个基因家族的表达模式分析表明,MeSPP2在木薯根中上调表达,MeSPP3在木薯叶中上调表达;在叶片中,MeSTP2、MeSTP12、MeSTP16和MeSTP20这些基因表达量上调,在根部,MeSTP7、MeSTP15和MeSTP16的表达也大幅上调;MePALs家族,只有MePAL4在根中是上调表达的,其他基因都是下调;每个基因家族中上调倍数最多的基因分别是MeSPP2、MePAL4、MeSTP15。说明MeSPPs、MePALs、MeSTPs三个基因家族都参与了木薯盐胁迫的响应。(6)亚细胞定位分析结果表明,MeSPP2、MePAL4定位在细胞质中,MeSTP15定位于细胞膜上。