基于转录组测序筛选马铃薯块茎休眠与发芽相关基因及功能鉴定

马铃薯块茎的休眠和发芽对于马铃薯栽培、贮藏保鲜和加工工业等具有十分重要的意义。本研究将以马铃薯栽培品种的块茎为研究对象，采用高通量的转录组测序方法（RNA sequencing）进行马铃薯块茎休眠与发芽过程的转录组测序和对比分析，建立基因表达的转录谱。经生物信息学和GenBank数据库检索分析获得差异片段ESTs可能的基因结构和功能，筛选出块茎休眠和发芽相关基因。利用DNA末端快速扩增技术（RACE）克隆候选基因的全长cDNA，然后通过基因表达谱分析、转基因超量表达和抑制表达（RNAi）进行候选基因的功能验证，最终获得马铃薯块茎休眠和发芽相关基因，从而明确马铃薯块茎休眠和发芽的分子机理，为马铃薯块茎休眠和发芽的分子调控以及功能基因组学的研究提供理论基础。

马铃薯块茎的休眠和发芽对于马铃薯的栽培、块茎生产和加工工业都极为重要。目前，对马铃薯块茎休眠和发芽的研究大多集中在储藏生理、遗传、细胞生物学及激素调控等方面。马铃薯块茎休眠和发芽性状是数量性状，其调控的分子机理比较复杂，涉及许多相关基因和蛋白，目前对于马铃薯块茎休眠和发芽的分子机理及其调控机制还知之甚少。通过本项目的研究，鉴定了参与马铃薯块茎休眠解除过程的相关基因和蛋白，从转录组和蛋白组水平全面揭示了参与到块茎休眠解除过程的相关基因和蛋白及其参与的细胞生物学过程。通过对休眠解除过程的蛋白质与基因表达的相关性分析，在休眠块茎相对于休眠解除块茎中发现了316个差异表达蛋白中有50个对应的差异表达基因，在休眠解除块茎相对于发芽块茎中发现了120个差异蛋白中有17个差异表达基因与之对应。蛋白质与对应基因的关联性较低，表明转录后调控可能参与了基因的表达与修饰。另外，从马铃薯中克隆了与块茎休眠与发芽性状密切相关的4个功能基因，包括ADP核糖基化因子（ARF）基因、ACC合成酶（ACS）基因、ACC氧化酶（ACO）基因和9-顺式-环氧类胡萝卜素双氧合酶（NCED）编码基因StNCED1，并通过转基因技术对其功能进行了鉴定，获得了块茎休眠期改变的新种质。取得的研究结果为进一步阐明马铃薯块茎休眠和发芽的分子机理及用遗传工程途径改良块茎休眠与发芽性状奠定了理论基础。