木薯己糖激酶调控块根淀粉积累研究

Generally, plant hexokinase catalyzes hexose to hexose phosphorylation, which is used for starch synthesis. It plays an important role on sucrose metabolism, sugar signal transduction pathway and starch synthesis. In this project, the researches will focus on the hexokinase genes MeHXK（1-6）that isolated from cassava. Firstly, the activities and their enzymatic characteristics to hexose phosphorylation will be identified by expressing the MeHXKs in hexose-yeast mutant. The techniques of hybridization in situ, Fluorescent immunohistochemistry, Fluorescence quantitative PCR and enzyme assay will be used to research the gene activity and the regulation of MeHXK（1-6）to starch synthesis during the cassava tube root development, and their response to sugar signal and plant hormones. Subsequently, the key MeHXK genes that relate to starch synthesis and sugar signal transduction will be transformed to cassava by over-expression, root-specific expression or gene silence to further identify their activity and regulation to the genes that include in sucrose metabolism and starch synthesis, and screening of transgenic cassava with high starch yield.

植物己糖激酶催化己糖磷酸化生成磷酸己糖，参与淀粉合成。己糖激酶在蔗糖代谢、淀粉合成以及糖信号的转导途径中起着非常重要的作用，是蔗糖转化、淀粉合成的关键酶。本研究主要针对我们从木薯中分离的6个己糖激酶基因MeHXK（1-6）进行研究。利用酵母突变体对MeHXK（1-6）进行功能和酶学特性研究；利用原位杂交技术、免疫荧光技术、荧光定量PCR技术和酶活性测定，研究木薯MeHXK（1-6）基因在木薯淀粉积累过程的不同时期的活动规律以及与淀粉积累的关系；研究它们对糖信号和植物激素的响应。利用木薯成熟的转基因技术平台，对参与淀粉积累和积极响应糖信号和植物激素的己糖激酶基因在木薯中过量表达或基因沉默，进一步在木薯植物中探讨己糖激酶基因的表达及酶活性与木薯块根发育淀粉积累的关系，以及它们对蔗糖代谢及糖信号的转导途径中的基因的调控作用，并筛选高淀粉产量的转基因木薯。

植物己糖激酶HXK催化己糖磷酸化生成磷酸己糖。本项目利用已糖激酶酵母突变株YSH7.4-3C开展功能互补实验，证明木薯MeHXK1, 2, 3, 4, 5均能催化葡萄糖和果糖的磷酸化，而MeHXK6缺失催化功能。木薯块根中的己糖激酶活性随着块根的发育，呈逐渐降低的趋势，在块根形成期的活性最高。MeHXK2基因在木薯叶片、茎、块根韧皮部、块根木质部、雄花、雌花、果等器官中的表达量均比其他MeHXKs高；在块根木质部发育过程中，主要在块根形成期表达。针对MeHXK2开展深入研究发现：MeHXK2的启动子上具有水杨酸 (SA)、赤霉素 (GA)、脱落酸 (ABA)、茉莉酸甲酯 (MeJA)响应元件，其表达受这些激素诱导，MeHXK2蛋白定位于细胞质中，葡萄糖是其最适底物，催化的最适pH为8.2，基因编辑突变体证明MeHXK2调控木薯根的形态建成。本项目证明了己糖激酶MeHXK2在木薯根系发育过程具有重要作用。