摘要: 肌醇是动植物中一类重要代谢物，参与细胞膜形成和渗透保护，具有抗非生物胁迫等作用，且在动物中，肌醇还是重要生成因子，具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老、抗炎等生理功能。肌醇的9个同分异构体中仅肌-肌醇（MI）和D-手性肌醇（DCI）参与胰岛素... 展开 肌醇是动植物中一类重要代谢物，参与细胞膜形成和渗透保护，具有抗非生物胁迫等作用，且在动物中，肌醇还是重要生成因子，具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老、抗炎等生理功能。肌醇的9个同分异构体中仅肌-肌醇（MI）和D-手性肌醇（DCI）参与胰岛素信号途径，具有降糖功能。南瓜是常用于食品加工的功能性蔬菜，前人研究表明南瓜富含肌醇类物质并具有降糖功能，然而富含肌醇的南瓜资源开发较少，南瓜肌醇合成途径研究仍空白，导致高肌醇南瓜品种选育和通过生物工程改良肌醇品质存在瓶颈。 本研究采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）测定中国南瓜和印度南瓜果实肌醇和糖等代谢物，并首次从南瓜中克隆了与肌醇合成相关的2类酶基因，即肌-肌醇-3-磷酸合成酶（myo-inositol-3-phosphate synthase，MIPS）和肌醇单磷酸酶（myo-inositol monophosphatase，IMP）基因。研究如下： 1、通过改良肌醇提取方法，得到最佳和简化的提取方法：采用60%甲醇于70?C水浴提取1 h后重新溶解于水，最后衍生化和上样测定。 2、定量分析了中国南瓜和印度南瓜不同种质的肌醇和单、双糖含量，结果表明中国南瓜的MI和蔗糖含量普偏高于印度南瓜，而葡萄糖普遍低于印度南瓜，不同类型南瓜肌醇含量多样性不同，中国南瓜多样性优于印度南瓜，从中国南瓜筛选到两个高肌醇材料Z8、Z11，其M I单体含量高达25 mg/g干重，获得其自交品系用于未来高肌醇新品种选育；相关性分析表明肌-肌醇与其合成前体葡萄糖呈极显著负相关，而与蔗糖呈极显著正相关。 3、克隆了1个MIPS的3?序列、2个MIPS全长和2个IMP全长基因，分别命名为MIPS1、MIPS2、MIPS3、IMP1和IMP2。序列分析表明，MIPS1的3?区编码280个氨基酸；MIPS2和MIPS3全长基因均编码510个氨基酸；IMP1全长基因编码269个氨基酸，而IMP2编码268个氨基酸。MIPS2和MIPS3基因组序列均含10个外显子，9个内含子，IMP1含11个外显子，10个内含子。聚类分析发现，MIPS、IMP基因编码的氨基酸序列与其它物种的氨基酸序列具有高度同源性，且与葫芦科的黄瓜、西甜瓜的同源性最高。荧光定量 PCR分析不同组织和果实不同发育时期的基因表达情况发现 MIPS1在果实组织的表达高于绿色组织，最大相差60倍；MIPS2和MIPS3在叶茎表达最高，与果实中相比高出200倍以上，为绿色组织特异表达基因；IMP1和IMP2在种子和叶、茎中表达最高，比表达最低的果实高出10倍。 4、GC-MS分析南瓜不同组织及果实不同发育时期的肌醇含量，发现MI单体在果实积累普遍高于其它组织，于20、23 d达到最高。DCI在各组织中表达量均较低，在20 d果实DCI含量达到最高。果实不同发育时期的基因表达与肌醇含量比较发现仅MIPS1基因表达趋势与MI和DCI含量变化趋势一致，MIPS1极可能参与了果实肌醇的合成与调控。 5、盐胁迫、干旱、低温均可诱导MIPS1、MIPS2、MIPS3基因表达，MIPS1、MIPS2对ABA有响应，MIPS3对ABA没有响应；盐胁迫、ABA、干旱可诱导IMP1表达，干旱可强烈诱导IMP2表达，盐胁迫次之，ABA对IMP2的诱导较微弱。 综上所述，不同类型和品种的南瓜肌醇，单、双糖含量差异显著，通过筛选获得2份高肌醇中国南瓜育种材料，克隆了肌醇合成相关酶基因，发现部分具有表达组织特异性和逆境胁迫诱导特性，并确定了 MIPS1极有可能参与了果实肌醇的合成，为进一步揭示南瓜果实肌醇合成机理提供理论依据，也为通过生物技术和分子标记辅助育种培育高肌醇南瓜品种和为南瓜果实抗非生物胁迫研究提供坚实的理论基础。 收起