紫色甘薯块根花青素积累的分子生理机制研究

【摘要】：甘薯(Ipomoea batatas (L.) Lam.)是世界上第六大重要的粮食作物,在我国的种植面积和产量现己居世界的首位。紫薯为一种特殊的甘薯品种,其块根中含有大量的花青素。植物中的花青素是一类具有多种生理保健功能的水溶性天然色素。关于紫薯花青素的代谢调控已成为甘薯研究领域的热点。目前,对于甘薯块根中花青素的研究还处于起步阶段,花青素在甘薯块根中的合成和调控机理还不是很清楚,尚缺乏关于甘薯块根的蛋白质组学研究。本课题以快速生长期的紫薯和黄薯的块根为研究材料,比较了不同的块根蛋白提取方法后选择最适的提取方法,进而对两个不同甘薯品种块根全蛋白利用双向电泳技术进行分离,通过ImageMaster 7.0软件分析差异表达蛋白。共检测到800多个蛋白,其中具有显著差异的蛋白有50个,39个蛋白是上调表达,11个蛋白是下调表达。经过MALDI-TOF/TOF-MS鉴定后,48个成功匹配到NCBI数据库中已知的蛋白,2个没有匹配到。然后对其进行功能分析,结果显示,参与淀粉代谢和糖酵解的蛋白占主要部分。分析并挑选与淀粉代谢相关的基因SP,花青素合成相关的基因PAL、 CHS、 F3H、 DFR、 ANS、 UFGT,和花青素转运相关的基因VP24,对其进行半定量和定量PCR验证,然后结合生理指标的测定,揭示了紫薯块根中可能的花青素合成和转运的分子调控机理,具体如下：1.分别对紫薯块根中SP、 PGM的蛋白水平、生理水平和SP的转录水平上的分析显示,紫薯块根中淀粉的降解可为花青素的合成提供前体物质。2.VP24最早发现在甘薯块根中产花青素的细胞液泡中,VCaB42被发现与液泡的形成有关。本实验中这两个蛋白在紫薯块根中的表达量高于黄薯块根中,这可能肯定了紫薯块根中VP24方式是花青素合成后转运到液泡中的方式之一。3.14-3-3蛋白家族、GME等其他蛋白共同构成了紫薯块根中复杂的花青素合成代谢调控网络。本课题为研究甘薯块根花青素的合成调控机理提供了新的观点,为今后更深入的研究提供了试验基础。