發(fā)布時間：2020-06-01 11:27

【摘要】：植物糖轉運蛋白主要介導糖類物質的運輸活動,參與“源庫”組織間碳水化合物的裝載同卸載,在植物生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。木薯是重要的塊根類作物,塊根數目和塊根淀粉含量是其產量的關鍵指標。研究糖轉運蛋白基因對解析木薯的糖卸載途徑、塊根發(fā)生和淀粉積累過程具有重要意義。本研究采用生物信息學手段對木薯糖轉運蛋白進行了全基因組鑒定、基因結構與蛋白結構域分析、系統(tǒng)進化分析、共線性分析等;通過Real-time PCR技術,分析了糖轉運蛋白STP(sugar transporter)和SUT(sucrose transporter)基因家族成員在木薯不同組織部位、不同發(fā)育時期的表達模式;通過木薯原生質體瞬時表達體系和酵母突變體功能互補實驗,對16個木薯STPs進行了亞細胞定位分析和功能驗證。主要結論如下:(1)木薯中共有69個負責單糖和蔗糖運輸的轉運蛋白,在聚類分析上,它們可以歸為8個亞家族,其中STP亞家族有20個成員、SFP亞家族有15個成員、PLT亞家族有10個成員、TMT和pGlcT亞家族各有6個成員、SUT和INT亞家族分別有5個成員、VGT亞族有2個成員。各亞族內成員在基因結構上、蛋白結構域上均較為保守,但各亞族間的成員卻存在較大差異�；驈椭剖录治霰砻�,相對于串聯復制,全基因組復制或片段性復制是糖轉運蛋白成員數目增多的主要機制。復制基因間的進化選擇壓均為純化選擇,且復制基因之間存在去功能化、亞功能化和新功能化三種現象,其中去功能化最為明顯。(2)糖轉運蛋白基因在木薯不同組織部位和發(fā)育時期上的表達表現出較大的時空特異性:在木薯的芽頂端分生組織中,MeSTP2和MeSUT4表達量最高;在葉中,MeSTP17和MeSUT5表達量最高;在側芽中,MeSTP2和MeSUT4表達量最高;在莖中,表達量最高的基因分別是MeSTP/7和MeSUT5;在須根中,MeSTP19和MeSUT5表達量最高;在塊根中,MeSP2和MeSUT3表達量最高;在根尖分生組織中,MeSTP7和MeSUT1有著較高豐度的表達。進一步分析發(fā)現,STPs和SUTs基因在發(fā)育早期(60-90天)的塊根中表達量最高,并且,隨著塊根發(fā)育成熟,這些基因的表達量逐漸降低。此外,在生長30-51天的木薯塊根中,幾乎所有的MeSTPs基因在30-40天的塊根中表達量最高,而在生長45-51天的塊根中,這些基因的表達量均表現出下降趨勢。(3)從木薯中克隆出來的16個STP基因,在酵母突變體上進行功能互補實驗,觀察酵母在甘露糖、半乳糖、木糖、葡萄糖、果糖上的生長情況。結果表明:MeSTP2、MeSTP19對5種單糖均有比較強的轉運能力;MeSTP3、MeSTP5和MeSTP16表現出對半乳糖特異性轉運,但轉運能力較弱;MeSTP8、MeSTP10和MeSTPl1對5種單糖均表現出較弱的轉運能力;MeSTP7、MeSTP12和MeSTP17主要對甘露糖、半乳糖、葡萄糖和果糖有著較強的轉運能力;MeSTP4、MeSTP10、MeSTP13、MeSTP14和MeSTP20對5種單糖均無轉運能力;此外木薯STP在木薯原生質體亞細胞定位結果確定所有的MeSTPs均為定位于細胞膜上。綜上所述,木薯上有著數目眾多的糖轉運蛋白基因,它們廣泛的參與木薯各個組織上的糖運輸活動;MeSTP和MeSUT基因在木薯塊根發(fā)育過程的表達模式暗示了木薯的糖卸載途徑經過了由質外體途徑向共質體轉化的過程;MeSTPs為細胞膜定位蛋白,大多數成員對單糖底物有著廣譜性轉運特性,它們在木薯塊根發(fā)生早期,主要負責將質外體單糖向膜內的運輸活動,其可能參與了木薯須根向塊根轉化的這一重要活動。本研究對闡明糖轉運蛋白在木薯的塊根發(fā)生過程中的生物學功能具有重要意義,也為木薯的品種改良提供理論依據和候選基因資源。
【圖文】：

１．１．１糖類物質在植物體內的合成代謝逡逑植物通過光合作用產生的糖類物質，是植物體賴以生存的基本營養(yǎng)成分。物質除了可以進行營養(yǎng)代謝外，它還具有多種其它功能，如作為前體參與脂類基酸以及其它次級代謝產物的合成、作為植物滲透勢的調節(jié)物、此外可以作號分子，參與調控植物體的多種生理生化活動。糖類物質在植物體內的運輸配，很大程度上影響著植物的生長、發(fā)育、代謝以及果實的品質及產量。在中，主要的可溶性糖有蔗糖，葡萄糖，果糖。逡逑植物合成糖類物質的場所是在葉片中的葉綠體上，主要經歷了兩個階段（－１）。第一階段稱之為“光反應”，葉綠素在吸收光子后，產生高能電子，隨過電子傳遞鏈，產生質子梯度，，最終合成煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷（ｔｒｉｐｈｏｓｐｈｏｐｙｒｉｄｉｎｅ邋ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ邋，邋ＮＡＤＰＨ）和腺嘌呤核苷三磷酸（ａｄｅｎｏｓｉｎｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ，邋ＡＴＰ）；邋“暗反應”階段是利用“光反應”的產物來“捕捉”（：０２，通過“卡爾文”循環(huán)，合成磷酸丙糖。部分磷酸丙糖在葉綠體中被合成淀粉，逡逑以暫時Ｉｔ藏。大部分的a愃岜潛籥愃岜親俗櫻ǎ裕潁椋錚螅邋澹校瑁錚螅穡瑁幔簦澹恚睿螅歟錚悖幔簦錚潁澹裕校裕┦涑齙較赴手�，染忬哉浕媳I械拿復俜從ο陸釁淥譴�。辶x希停澹螅錚瑁悖澹櫻牛茫緬義

本文編號：2691417