甘薯CIN基因家族鉴定及影响块根膨大关键CIN基因的挖掘

细胞质转化酶(CIN)催化蔗糖不可逆地水解为葡萄糖和果糖,在模式植物根系生长发育中发挥着重要作用。目前尚未对甘薯CIN基因家族进行研究,更不清楚CIN在甘薯块根膨大中的具体作用。本研究系统鉴定了甘薯CIN基因家族的种类和数量并分析其蛋白质理化性质、染色体定位、系统发育、基因结构和保守基序、启动子顺式元件,同时,分析甘薯CIN家族基因在不同组织部位进行的表达特异性分析及其在不同类型根系中的表达水平和酶活性,初步筛选出在甘薯块根膨大中发挥重要作用的关键候选CIN基因。结果如下:(1)从甘薯(Ipomoeabatatas)基因组中共鉴定出12个IbCIN基因(IbCIN1-12),分布于8条染色体上,编码蛋白质的氨基酸数量范围为417~825 aa,分子量范围为46.60~93.75 kDa,等电点范围为4.83~7.17。(2)系统发育分析发现IbCIN可分为3个亚组,其中α1亚组1个,α2亚组3个,β亚组8个。α1、α2亚组成员之间在保守基序和基因结构上差异较小、相对保守,而β亚组成员之间则差异较大,表明β亚组的IbCIN基因可能在功能上更为多样,可以参与更多的生物过程。此外,IbCIN1、IbCIN7、IbCIN10、IbCIN12与拟南芥和木薯根系发育相关CIN基因的亲缘关系较近,推测其可能与非块根类型根系发育密切相关。(3)IbCINs在不同组织部位(幼叶、成熟叶、茎、花、60 d块根)和不同类型根系(白色纤维根、红色纤维根、柴根和60 d块根)中的表达水平分析表明,IbCIN4、IbCIN8和IbCIN11在块根中的表达水平最高,同时块根中的CIN酶活性也显著高于非块根类型根系,推测这3个基因可能在甘薯块根膨大中发挥着重要作用。(4)生物信息学分析进一步揭示IbCIN4、IbCIN8和IbCIN11可能通过调控蔗糖转运和代谢、光周期反应、赤霉素信号转导等途径和机制来共同促进甘薯块根的发育。本研究可为后续通过转基因技术等手段深入研究甘薯CIN基因的功能奠定基础。