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甘薯是重要的粮食、饲料、工业原料和新型能源作物,非生物胁迫严重影响甘薯的生长和产量。本研究以甘薯耐盐品系ND98为材料,克隆到非生物胁迫抗性相关基因IbHSP90-6和IbNHX2,并对其在多种非生物胁迫下的表达进行了分析。利用根癌农杆菌介导的甘薯遗传转化体系,将IbHSP90-6和IbNHX2分别导入ND98中,获得了非生物胁迫抗性显著提高的转基因甘薯新材料,初步解析了过表达相关基因甘薯植株的抗逆分子机制。主要结果如下:1.用本实验室构建的抑制差减杂交(SSH)cDNA文库,获得耐盐相关EST,利用RACE技术从ND98中分离出IbHSP90-6基因。该基因cDNA全长为 2755 bp,ORF为 2385 bp,编码794 aa,预测分子量为89.9 KDa,等电点为5.31,具有HSP90典型的N端HATPase_c结构域、C端Ribosomal protein S5 2-type fold结构域以及连接N端与C端的Middle结构域。由IbHSP90-6基因推导的氨基酸序列与拟南芥、胡杨和美花烟草等的HSP90蛋白质氨基酸序列的同源性为74.97%～84.03%。该基因的基因组DNA含有20个外显子和19个内含子。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析结果表明,IbHSP90-6被盐、干旱、热、冷以及ABA诱导表达。亚细胞定位结果表明,IbHSP90-6蛋白定位于细胞壁和线粒体上。过表达IbHSP90-6基因的甘薯植株的耐盐性、抗旱性和耐热性比野生型显著提高。转基因植株脯氨酸含量、SOD活性和光合活性显著提高,MDA和H202含量显著降低。qRT-PCR分析表明,在盐和干旱胁迫下,IbHSP90-6基因的过表达上调了 P5CS和P5CR基因的表达。研究还发现在盐、干旱和热胁迫下,转基因植株光合作用相关基因psbA和PRK上调表达,ROS清除系统相关基因、ABA信号转导途径相关基因上调表达。这些结果表明,IbHSP90-6基因的过表达通过增加转基因植株脯氨酸含量,提高SOD活性,以维持细胞渗透平衡,保护膜完整性和光合活性,激活ROS清除系统,从而显著提高了转基因甘薯植株的耐盐性、抗旱.性和耐热性。2.用RACE技术从ND98中分离出定位于液泡膜上的Na+/H+逆向转运蛋白基因IbNHX2,该基因cDNA全长为2122 bp,ORF为1629 bp,编码542 aa,预测分子量为59.8 KDa,等电点为6.73。由IbNHX2基因推导的氨基酸序列含有1个保守的阿米洛利作用位点"FFIYLLPPI"和1个cation/H+exchanger结构域,与拟南芥、大豆和牵牛花的NHX蛋白质氨基酸序列的同源性为73.72%～96.13%。该基因的基因组DNA含有14个外显子和13个内含子。qRT-PCR分析结果表明,该基因受到盐、干旱和冷胁迫以及外施ABA处理的诱导表达。亚细胞定位结果表明IbNHX2蛋白定位于液泡膜上。过表达该基因的转基因甘薯植株显著提高对盐、干旱和冷胁迫的抗性。转基因植株的脯氨酸含量、SOD活性和光合活性显著提高,而MDA和H2O2含量显著降低。qRT-PCR分析表明,在盐和干旱胁迫下,IbNHX2基因的过表达显著上调了 P5CS基因的表达。研究还发现在盐、干旱和冷胁迫下,转基因植株光合作用相关基因psbA和PRK上调表达,ROS清除系统相关基因、ABA信号转导途径相关基因上调表达。这些结果表明,IbNHX2基因的过表达通过依赖于ABA信号转导途径,增加转基因植株脯氨酸含量,以维持细胞渗透平衡,保护膜完整性和光合活性,激活ROS清除系统,从而显著提高了转基因甘薯植株的耐盐性、抗旱性和耐冷性。