转化酶抑制子调控番茄果实蔗糖代谢的分子机制研究

转化酶抑制子（INVINH）是高等植物中一类全新的由小基因编码的蛋白质家族，近年来成为在翻译后水平研究植物光合运转糖调控植物产品器官发育和品质的重要因子。但INVINH在进化过程中基因变异较大，对其基因的克隆及生理作用的阐述还只是刚开始。本研究以己糖积累型番茄Micro-Tom和蔗糖积累型番茄克梅留斯基为材料采用Real time PCR技术对INVINH基因进行时空表达分析，并在克隆番茄INVINH基因的基础上进行原核表达及酵母双杂交分析，以明确转化酶与内源INVINH的互作关系；并进一步将INVINH基因进行过表达和抑制表达（RNAi），分析转基因植株果实的蔗糖代谢与相关酶活性，以解析果实发育过程中INVINH基因与蔗糖代谢以及还原糖积累间的关系，旨在阐明INVINH在番茄生长发育及果实蔗糖代谢中的生理作用。

：转化酶抑制子（INVINH）是高等植物中一类全新的由小基因编码的蛋白质家族，近年来成为在翻译后水平研究植物光合运转糖调控植物产品器官发育和品质的重要因子。但INVINH在进化过程中基因变异较大，对其基因的克隆及生理作用的阐述还只是刚开始。本研究在克隆番茄转化酶抑制子基因基础上，以己糖积累型番茄Micro-Tom和蔗糖积累型番茄克梅留斯基为材料采用Real time PCR技术对INVINH基因及转化酶家族进行时空表达分析，首次明确了INVINH基因与转化酶基因家族在蔗糖积累型和己糖积累型番茄营养生长期与果实发育期的表达存在明显差异，提出果实发育后期转化酶活性是引起果实液泡中蔗糖积累的关键。首次系统研究了在果实发育成熟后期转化酶基因家族的表达差异引起果实糖的积累的不同。证明了转化酶介导的蔗糖质外体卸载途径在果实成熟发育后期起关键作用。通过构建含有过表达抑制子INVINH载体，利用根癌农杆菌介导分别在番茄源叶和果实中进行瞬时表达，快速验证转化酶抑制子INVINH转基因的表达情况及对果实发育过程中转化酶活性的影响。证明在转录水平INVINH基因表达量增加，通过正交实验设计建立了高效番茄遗传转化体系。获得了10个株系33株转基因材料。转基因T2代株系番茄果实碳水化合物含量测定结果表明蔗糖明显增加，细胞壁转化酶活性下降，但番茄果实大小未受影响。这与前人利用反义RNA（转化酶基因）技术获得的高蔗糖但果实变小的研究结果有所不同。说明在不影响番茄果实大小的情况下，通过INVINH在翻译后水平调控转化酶活性可更好的提高果实蔗糖含量。同时本研究利用Gateway Cloning System成功构建了INVINH的RNAi载体，利用根癌农杆菌介导分别在番茄源叶和果实中进行瞬时表达，结果表明INVINH基因在转基因果实中的表达含量几乎检测不到，而转化酶基因家族的表达未受影响，但转化酶活性增强，果实中果糖和葡萄糖含量增加。以上结果证明INVINH基因主要在翻译后水平调控细胞壁转化酶活性，进而影响果实蔗糖的质外体转运与蔗糖的积累。