糖原是由葡萄糖组成的带分枝的大分子多糖,广泛贮存于人体、动物、真菌、细菌、植物组织中。在人体心脏和骨骼肌中糖原的缺失导致心肌病和肌无力;动物糖原主要是控制血糖的稳态;真菌和细菌中的糖原主要是以基础能量的形式存在,在需要时可短时间内快速大量动用,不需要时快速恢复贮存。植物糖原是植物缺失异淀粉酶型突变体(sul突变体)内存在的一种可溶性的α-D-葡聚糖,是植物体内最主要的贮存多糖,是植物所有器官碳架构成的基础物质。糖原合成是一个复杂的生化反应过程,需要一系列酶的广泛参与,如:糖原起始合成酶(GlycogeninGN),糖原合酶(Glycogen Synthase GS),糖原分支酶(Glycogen Branching Enzyme GBE)及糖原磷酸化酶(Glycogen Phosphorylase GP)。GN是启动糖原合成的第一个限速酶。本研究从转录组学入手,分析糖原起始合成酶GN家族基因表达特性,克隆香蕉果实中高表达的MaGN12及其启动子序列,通过基因表达分析、启动子响应元件分析和转基因番茄,初步揭示香蕉MaGN12的功能,为进一步深入了解糖原在植物生长发育过程中的作用奠定理论基础。本研究的主要结果如下:(1)香蕉不同发育时期果实及不同组织中含有糖原,果实中的糖原含量高于根、茎、叶、花中的糖原含量。(2)转录组分析,香蕉糖原起始合成酶GN基因家族共有14个成员。表达分析发现:该基因家族成员表现出组织特异性表达,其中MaGN12在香蕉果实中的表达量最高。(3)参考香蕉A基因组序列,通过同源克隆获得巴西蕉MaGN12序列。生物信息学分析表明:MaGN12开放阅读框为1407 bp,位于5号染色体,含有49个酶切位点,编码468个氨基酸,分子量为117.96 kDa,等电点4.99,化学式为C4272H7139N1407O1807S338,有一个信号肽结构和结构域3U2X|B,其蛋白二级结构含有221个α-螺旋结构、66个延伸带结构、181个随机卷曲结构,含有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸三种磷酸化氨基酸,含有8个跨膜结构,含有甘露糖基转移酶、核苷二磷酸糖基转移酶、肌醇半乳糖苷合酶三种保守基序。(4)获得香蕉MaGN12启动子序列1497 bp,信息学分析显示含有TATA-box、GC-box和CAAT-box等核心启动子序列结构,并且具有ABA、GA、和干旱激活诱导等55个顺式作用元件,推测该基因受多种激素调控表达。(5)体外诱导处理表明该启动子响应乙烯信号,外源乙烯处理抑制GN基因表达、降低GN酶活性及降低糖原含量,表明乙烯负调控香蕉MaGN12的表达。(6)将MaGN12异源表达番茄,获得转基因植株。转基因番茄中MaGN12在果实中表达量较高,其次是花和叶片;随着果实的发育糖原含量、GN酶活性以及MaGN12的表达与对照相比均呈现出明显的增加。同时还发现,转基因番茄果实中果糖和葡萄糖含量增加。