【摘要】：植物糖轉(zhuǎn)運蛋白主要介導(dǎo)糖類物質(zhì)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(shù)目和塊根淀粉含量是其產(chǎn)量的關(guān)鍵指標(biāo)。研究糖轉(zhuǎn)運蛋白基因?qū)馕瞿臼淼奶切遁d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(xué)手段對木薯糖轉(zhuǎn)運蛋白進(jìn)行了全基因組鑒定、基因結(jié)構(gòu)與蛋白結(jié)構(gòu)域分析、系統(tǒng)進(jìn)化分析、共線性分析等;通過Real-time PCR技術(shù),分析了糖轉(zhuǎn)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(dá)模式;通過木薯原生質(zhì)體瞬時表達(dá)體系和酵母突變體功能互補實驗,對16個木薯STPs進(jìn)行了亞細(xì)胞定位分析和功能驗證。主要結(jié)論如下:(1)木薯中共有69個負(fù)責(zé)單糖和蔗糖運輸?shù)霓D(zhuǎn)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(nèi)成員在基因結(jié)構(gòu)上、蛋白結(jié)構(gòu)域上均較為保守,但各亞族間的成員卻存在較大差異�；驈�(fù)制事件分析表明,相對于串聯(lián)復(fù)制,全基因組復(fù)制或片段性復(fù)制是糖轉(zhuǎn)運蛋白成員數(shù)目增多的主要機(jī)制。復(fù)制基因間的進(jìn)化選擇壓均為純化選擇,且復(fù)制基因之間存在去功能化、亞功能化和新功能化三種現(xiàn)象,其中去功能化最為明顯。(2)糖轉(zhuǎn)運蛋白基因在木薯不同組織部位和發(fā)育時期上的表達(dá)表現(xiàn)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(dá)量最高;在葉中,MeSTP17和MeSUT5表達(dá)量最高;在側(cè)芽中,MeSTP2和MeSUT4表達(dá)量最高;在莖中,表達(dá)量最高的基因分別是MeSTP/7和MeSUT5;在須根中,MeSTP19和MeSUT5表達(dá)量最高;在塊根中,MeSP2和MeSUT3表達(dá)量最高;在根尖分生組織中,MeSTP7和MeSUT1有著較高豐度的表達(dá)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),STPs和SUTs基因在發(fā)育早期(60-90天)的塊根中表達(dá)量最高,并且,隨著塊根發(fā)育成熟,這些基因的表達(dá)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(dá)量最高,而在生長45-51天的塊根中,這些基因的表達(dá)量均表現(xiàn)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(jìn)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(jié)果表明:MeSTP2、MeSTP19對5種單糖均有比較強的轉(zhuǎn)運能力;MeSTP3、MeSTP5和MeSTP16表現(xiàn)出對半乳糖特異性轉(zhuǎn)運,但轉(zhuǎn)運能力較弱;MeSTP8、MeSTP10和MeSTPl1對5種單糖均表現(xiàn)出較弱的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運能力;MeSTP4、MeSTP10、MeSTP13、MeSTP14和MeSTP20對5種單糖均無轉(zhuǎn)運能力;此外木薯STP在木薯原生質(zhì)體亞細(xì)胞定位結(jié)果確定所有的MeSTPs均為定位于細(xì)胞膜上。綜上所述,木薯上有著數(shù)目眾多的糖轉(zhuǎn)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(dá)模式暗示了木薯的糖卸載途徑經(jīng)過了由質(zhì)外體途徑向共質(zhì)體轉(zhuǎn)化的過程;MeSTPs為細(xì)胞膜定位蛋白,大多數(shù)成員對單糖底物有著廣譜性轉(zhuǎn)運特性,它們在木薯塊根發(fā)生早期,主要負(fù)責(zé)將質(zhì)外體單糖向膜內(nèi)的運輸活動,其可能參與了木薯須根向塊根轉(zhuǎn)化的這一重要活動。本研究對闡明糖轉(zhuǎn)運蛋白在木薯的塊根發(fā)生過程中的生物學(xué)功能具有重要意義,也為木薯的品種改良提供理論依據(jù)和候選基因資源。
【圖文】：

１．１．１糖類物質(zhì)在植物體內(nèi)的合成代謝逡逑植物通過光合作用產(chǎn)生的糖類物質(zhì)，是植物體賴以生存的基本營養(yǎng)成分。物質(zhì)除了可以進(jìn)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(chǎn)物的合成、作為植物滲透勢的調(diào)節(jié)物、此外可以作號分子，參與調(diào)控植物體的多種生理生化活動。糖類物質(zhì)在植物體內(nèi)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(zhì)及產(chǎn)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(zhì)的場所是在葉片中的葉綠體上，主要經(jīng)歷了兩個階段（－１）。第一階段稱之為“光反應(yīng)”，葉綠素在吸收光子后，產(chǎn)生高能電子，隨過電子傳遞鏈，產(chǎn)生質(zhì)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(yīng)”階段是利用“光反應(yīng)”的產(chǎn)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(fù)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