农业生物技术学报

作者：韩浩浩, 段丽君, 魏彦梅, 韩东辰, 赵仁娜, 丁燕, 闫逢英

单位：1 临汾职业技术学院 生命科学系,临汾 041000; 2 长治医学院 基础医学院,长治 046000

关键词：甘薯,液泡转化酶(VIN),淀粉-糖代谢,

基金：临汾职业技术学院校级项目(2024YJKT-008)

甘薯(Ipomoea batatas)是一种重要的粮食、经济与饲料作物。淀粉与可溶性糖的含量和组成是决定甘薯品质的核心因素。液泡转化酶(vacuolar invertase, VIN)基因与淀粉-糖代谢密切相关,但其在甘薯块根淀粉-糖代谢中的功能和调控机制仍有待系统解析。本研究对甘薯液泡转化酶基因家族进行了系统研究,以揭示其在块根淀粉-糖代谢及碳流分配中的作用。从7个甘薯基因型中克隆了3个IbVIN成员IbVIN1、IbVIN2和IbVIN3,利用生物信息学分析序列结构,构建系统发育树,预测蛋白质二级结构、三级结构及保守结构域。利用qPCR分析其在不同品种、发育时期、组织中的表达模式,结合高效液相色谱法测定淀粉和可溶性糖含量,并进行相关性分析。同时克隆了IbVIN上游1.5~2.5 kb启动子序列并预测其顺式作用元件。对3个IbVIN进行了亚细胞定位。利用农杆菌(Agrobacterium)介导法在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中进行IbVIN1异源表达,并检测叶片和种子中的淀粉和可溶性糖含量。结果表明,IbVIN1、IbVIN2和IbVIN3均含有GH32家族保守结构域及NDPNG、RDP、WEC催化基序,但蛋白结构上存在差异。3个基因均在块根中高表达而在茎中低表达,且在块根膨大早期~中期(移栽后65~80 d)达到高峰,表现出组织和发育阶段特异性。在移栽后95 d,IbVIN1、IbVIN2的表达与淀粉呈显著负相关,与己糖含量呈显著正相关,IbVIN3与己糖含量呈显著正相关。移栽后125 d,3个基因与己糖含量均为显著负相关,提示其对碳流分配具有动态调节作用。3个基因的启动子区均包含光、激素及胁迫响应元件,其中Ⅱ型启动子特异含有低温响应元件LTR,Ⅲ型启动子特异含有生长素响应元件AuxRE。亚细胞定位证实3种蛋白均定位于液泡。拟南芥中过表达IbVIN1显著降低叶片淀粉含量并提高可溶性糖含量,同时促进了种子中淀粉和可溶性糖的积累。本研究揭示了IbVIN家族在甘薯块根发育过程中的时空表达规律和碳流分配机制,阐明其在调控淀粉—糖代谢中的作用,为甘薯品质改良与分子育种提供理论基础与候选靶点。

来源：2026年第3期

《农业生物技术学报》期刊编辑部

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