摘要
马铃薯（Solanum tuberosum L.）作为全世界重要的粮、菜兼用性作物之一，其块茎是重要的食物来源和无性繁殖器官，休眠和萌芽是马铃薯生命周期中的重要进程。淀粉-蔗糖代谢是块茎形成过程中的主要能量来源与物质基础，课题组前期筛选到蔗糖磷酸合成酶编码基因StSPS1是该路径中催化蔗糖合成的关键响应因 子，对促进块茎休眠解除和提高产量具有重要作用，但具体调节机制不明。为阐明马铃薯StSPS1对其块茎形成及休眠特性的调控机理，本研究基于前期工作，通过对StSPS1过表达和沉默株系进行表型分析，并结合关键基因表达和生理生化指标，分析了其在块茎形成过程中的功能。此外，还进行了采后贮藏试验，综合分析了StSPS1基因在块茎休眠解除中的作用。主要结果如下： 1. 马铃薯 StSPS1 影响块茎形成关键基因的表达。通过农杆菌介导法获得转 StSPS1 基因的马铃薯植株，过表达 StSPS1诱导了块茎形成正调节因子（StSP6A、StELF4、StSPS1、StTOCI、StELF4、StBEL5）、蔗糖转运蛋白相关基因（StSUT1、StSWEET11）的表达，沉默株系中，对块茎形成有抑制作用的 StCO和 StPHYB 基因被诱导表达，同时影响了块茎形成正调节因子的正常表达。表明StSPS1与马铃薯生长发育直接相关，对块茎的形成具有正向调控作用。 2. 马铃薯 StSPS1调控叶源建成及源容强度影响块茎形成。研究发现，在块茎成熟期，过表达StSPS1的株高相较于WT增加了36.4%-38.46%、叶面积、叶片数等叶源建成因子均显著高于 WT。块茎形成期，过表达株系叶片光合速率显著高于WT，且沉默株系叶片出现皱缩。进一步分析发现，过表达 StSPS1使结薯时间提前，匍匐茎长度明显缩短，大薯率较WT显著提升6%-9%，因而促进单株薯重和总产量提升。表明StSPS1显著影响马铃薯叶（源）器官的生长发育及扩张，促进叶片碳水化合物供应能力，缩短地下部营养物质运输距离，从而促进块茎形成。 3. 马铃薯StSPS1通过调控蔗糖代谢及转运影响块茎形成。过表达StSPS1通过促进叶片中SPS活性（蔗糖磷酸合成酶）和S-AI活性（酸性蔗糖转化酶）调控蔗糖合成与分解，并通过增加 SUT 蛋白含量来促进其转运。在块茎中，SUSy（蔗糖合酶）和 SPS共同参与调节蔗糖合成，过表达 StSPS1使块茎中蔗糖含量在 30 d-60 d 持续维持高水平，同时果糖、葡萄糖含量随生育期呈现先升高后降低的趋势，块茎膨大期达到峰值，且显著高于 WT。此外，StSPS1 在 60 d以后抑制了块茎的淀粉积累。说明StSPS1主要通过上调蔗糖代谢水平为块茎形成提供物质和能量基础。 4. 马铃薯 StSPS1通过影响物质积累调控块茎休眠性能。各株系块茎在贮藏初期已经具有物质基础上的差异，过表达StSPS1促进了马铃薯内部蔗糖、可溶性糖、还原糖、可溶性蛋白的积累，同时降低淀粉含量，为萌芽提供更多的能量。进一步明确了StSPS1具有缩短块茎休眠期，促进顶芽生长的优势，其芽长、芽粗均显著高于WT。RNAi在贮藏前期的失重率大于WT，可能因其芽点多导致失水。 综上所述，StSPS1作为淀粉-蔗糖代谢的关键响应因子，对块茎形成关键基因的表达有正调控作用，过表达促进了叶片光合作用和物质积累，提前块茎膨大时间并提高了大薯率。同时，StSPS1 促进了块茎内部蔗糖等物质的积累及淀粉的分解，有助于打破块茎休眠状态，促进顶芽生长。这些研究结果为马铃薯产量形成及后续贮藏过程提供了重要的理论基础。
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