马铃薯是世界上第四大粮食作物,也是重要的粮菜两用的作物[1]。2015年,国家启动马铃薯主粮化战略,推进我国马铃薯的生产消费和加工应用。马铃薯蛋白是决定马铃薯品质的重要性状之一,马铃薯蛋白除应用于食品加工和制药行业外,还有望作为蛋白质饲料缓解国家进口大豆等饲用粮食的依赖。马铃薯蛋白主要包含块茎贮藏蛋白（Patatin）、蛋白酶抑制剂和高分子质量蛋白,其中Patatin蛋白占总蛋白的40-50%。然而,目前马铃薯蛋白还面临缺乏二硫键导致的食品加工缺陷以及蛋白含量低等问题。蛋白质工程通过对蛋白质进行分子设计达到改造蛋白质结构和功能的目的,马铃薯蛋白面临的困境或可通过蛋白质理性设计手段来解决。本研究主要对马铃薯贮藏蛋白Patatin进行初步测定和分析,利用理性设计方法筛选二硫键突变位点和增强Patatin蛋白的稳定性位点,主要结果如下:1.对马铃薯Patatin蛋白进行初步检测和分析。共提取68份马铃薯材料的总蛋白,蛋白电泳结果显示材料间Patatin蛋白的表达量差异较大。此外,质谱鉴定马铃薯RH（RH89-039-16）中的Patatin蛋白,发现3个高表达的Patatin基因,分别是RHC08H2G2714.2、RHC04H1G3385.2和RHC09H1G1985.2。结合RH转录组数据分析发现这3个基因具有很强的组织特异性,基因结构上的多个内含子影响其高表达。此外,质谱检测还鉴定到Patatin蛋白的磷酸化和乙酰化修饰,且MEME分析发现其蛋白修饰位点的保守性普遍较高。2.对马铃薯Patatin蛋白（Patatin 17）设计二硫键以增强蛋白延伸性。通过同源信息和进化信息筛选Patatin序列上的保守位点,结合蛋白结构信息设计二硫键的突变位点。结果显示,具有6个半胱氨酸突变位点的突变体（Patatin V6）表达纯化的蛋白能形成二硫键,质谱检测后鉴定到1个能够形成二硫键的位点（Patatin V6-A178C）。为验证质谱结果,构建单突变体（A178C）进行提取纯化,结果显示此位点的突变确实能引入稳定的二硫键。3.对马铃薯Patatin蛋白进行稳定性改良。通过对Patatin 17保守性和共进化分析筛选出突变位点,共设计11个蛋白稳定性突变体,以能量计算结果和蛋白表达结果检测突变体稳定性情况,筛选到稳定性有所提高的突变体。空间结构信息分析发现稳定性提高的蛋白突变体在结构上优化了核心,或增加了表面极性和电荷。综上所述,本研究检测马铃薯Patatin蛋白的表达量差异,系统分析马铃薯RH中不同Patatin的基因表达量、蛋白表达量和翻译后修饰。通过蛋白设计,对Patatin 17进行二硫键的设计和验证,Patatin 17的蛋白稳定性也得以提高。本研究为后续提升马铃薯贮藏蛋白的加工性能和蛋白含量奠定了重要基础。