百合(Lilium)作为国际四大切花之一,在全球花卉产业中具有重要地位。种球生产是百合产业的关键环节。现有研究表明鳞茎发育与淀粉积累密切相关,蔗糖作为百合鳞茎内糖分转运的主要形式,在蔗糖合成酶(Sucrose Synthase,SuSy,EC 2.4.1.13)调控下参与淀粉合成,对鳞茎形态建成具有重要意义。目前国内外对百合植株生长发育过程中鳞茎物质代谢的研究仅限于生理层面,分子研究尚少。为探究SuSy对百合鳞茎蔗糖-淀粉代谢的调控机理,本试验在前期成功克隆LdSuSy基因的基础上,系统探究了LdSuSy基因的分子生理功能。首次利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,成功对百合LdSuSy基因进行了定向编辑,获得敲除突变体;同时构建LdSuSy过表达载体并利用农杆菌介导法获得转基因株系;以敲除突变体和LdSuSy转基因株系为材料,结合qRT-PCR技术和生理测定研究了LdSuSy对百合植株及鳞茎发育的影响。主要试验结果如下:1.利用双酶切法构建了融合表达载体LdSuSy1-GFP和LdSuSy3-GFP,采用农杆菌介导法在烟草叶片中瞬时表达,通过激光共聚焦显微镜观察,证实LdSuSy1、LdSuSy3蛋白定位于细胞膜。2.利用双酶切法构建了LdSuSy过表达载体pRI101-LdSuSy1和pRI101-LdSuSy3,应用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了LdSuSy打靶载体pHUE411-LdSuSy1和pHUE411-LdSuSy3,采用农杆菌介导法转化白天堂百合无菌鳞片,通过PCR和实时定量PCR技术鉴定筛选获得3株LdSuSy1过表达株系、3株LdSuSy3过表达株系;利用PCR和测序鉴定获得2株Ldsusy1敲除突变株系、2株Ldsusy3敲除突变株系。3.对百合LdSuSy转基因株系的生长发育指标进行观察与测定。结果显示,相同培养条件下,LdSuSy1和LdSuSy3的过量表达均可促进百合植株生长发育,具体表现为小鳞茎增大及叶片变宽;而Ldsusy1和Ldsusy3的敲除突变植株则表现出不同的形态特征,Ldsusy1敲除突变株系的叶片面积显著降低,Ldsusy3敲除突变株系的根长则显著提高。4.测定了百合转基因株系的LdSuSy表达量、SuSy酶活性及碳水化合物含量。结果表明,在LdSuSy1和LdSuSy3的过表达株系中,鳞茎内LdSuSy表达量显著提高,酶活性明显升高,淀粉含量也随之增加;而在Ldsusy1和Ldsusy3的敲除突变植株中,鳞茎内SuSy酶活性降低,淀粉含量下降。综上,百合LdSuSy基因是调控百合鳞茎发育的重要基因,其上调表达可显著促进百合鳞茎淀粉积累,同时促进地上部叶片发育,其敲除突变体鳞茎和叶片发育受到显著抑制。上述成果为明确百合鳞茎蔗糖-淀粉代谢机理奠定了理论基础,并为百合定向分子育种、优质种球繁殖与生产提供了技术支撑。