植物蔗糖转运蛋白的基因与功能

蔗糖是植物体内碳水化合物长距离转运的主要( 甚至唯一) 形式, 为植物生长发育提供碳架与能量。蔗糖转运蛋白(sucrose transporter, SUT)负责蔗糖的跨膜运输, 在韧皮部介导的源-库蔗糖运输, 以及库组织的蔗糖供给中起关键作用。自从菠菜中克隆到第一个SUT基因以来, 已先后有多个SUT基因的cDNA得到克隆与功能分析, 涉及34种双子叶与单子叶植物。每种植物都有一个中等规模 的SUT基因家族, 其不同成员之间具有较高的氨基酸序列同源性, 但在蔗糖吸收的动力学特性、转运底物的特异性和表达谱等方面存在差异。本文系统介绍国内外(主要是国外)在植物SUT基因的克隆、分类与进化、细胞定位与功能, 以及研究方法等方面的研究进展, 并简要介绍我们在橡胶树SUT基因研究上的初步结果。     

植物蔗糖转运蛋白的基因与功能

蔗糖是植物体内碳水化合物长距离转运的主要（甚至唯一）形式，为植物生长发育提供碳架与能量。蔗糖转运蛋白（sucrose transporter，SUT）负责蔗糖的跨膜运输，在韧皮部介导的源-库蔗糖运输，以及库组织的蔗糖供给中起关键作用。自从菠菜中克隆到第一个SUT基因以来，已先后有多个SUT基因的cDNA得到克隆与功能分析，涉及34种双子叶与单子叶植物。每种植物都有一个中等规模的SUT基因家族，其不同成员之间具有较高的氨基酸序列同源性，但在蔗糖吸收的动力学特性、转运底物的特异性和表达谱等方面存在差异。本文系统介绍国内外（主要是国外）在植物SUT基因的克隆、分类与进化、细胞定位与功能，以及研究方法等方面的研究进展，并简要介绍我们在橡胶树SUT基因研究上的初步结果。     

菜用大豆蔗糖转运蛋白基因家族的克隆及表达分析

蔗糖是高等植物体内碳水化合物长距离运输的主要甚至唯一的形式,蔗糖转运蛋白在蔗糖转运过程中起着极为重要的作用。该研究从菜用大豆闽豆6号中克隆到9个蔗糖转运蛋白基因,分别命名为Gm SUT-1~GmSUT-9,并对其进行生物信息学、系统发育和组织表达分析。结果表明,GmSUTs属于MFS超家族,根据SUT系统进化分析法将GmSUTs划分为SUT1、SUT2和SUT4三个亚族,其中GmSUT-1、GmSUT-2、GmSUT-4、GmSUT-5、GmSUT-6、GmSUT-7和GmSUT-8属于SUT1亚族, GmSUT-9属于SUT2亚族, GmSUT-3属于SUT4亚族。SUTs各亚族成员氨基酸序列的差异性可能导致它们在蔗糖的跨膜转运中扮演不同的角色,其表达模式和生理功能也不同。大豆SUT1亚族中7个基因总的表达趋势相似,花中表达量相对来说最高,而籽粒、叶片、茎和根等组织中表达量则相对较低; SUT2亚族中的GmSUT-9和SUT4亚族中的GmSUT-3在不同组织中的表达量相对来说都较低。该研究初步阐明了菜用大豆蔗糖转运蛋白家族基因的结构及组织表达特点,为进一步开展蔗糖转运蛋白基因调控菜用大豆籽粒发育中蔗糖的积累和分配的研究奠定了基础。     

水稻蔗糖转运载体蛋白(OsSUT2)非跨膜区域特征性序列的融合表达及其抗体制备

植物光合作用产生的蔗糖是植物生长发育的主要碳源物质,还是诱导植物生长发育过程中诸多相关基因表达的特异信号分子[1].蔗糖分子在植物器官及组织间的生理分配维持着整个植物体的正常生长发育[2].植物蔗糖转运载体(sucrosetransporter,SUT)是一类担负着蔗糖分子在细胞间的转运及信号转导的功能性蛋白家族,它在蔗糖的韧皮部装载、沿韧皮部的再吸收、韧皮部卸载和向库器官的转运等跨膜运输以及蔗糖特异信号感应过程中发挥着重要的生理功能[3～5].植物蔗糖转运载体蛋白分布于植物细胞质膜上,该转运载体蛋白含有12个疏水性跨膜结构域,在其氨…     

甘薯蔗糖转运蛋白的功能分析

甘薯(Ipomoea batatas)是重要的粮食和工业加工原料作物。蔗糖是植物体内碳水化合物长距离转运的主要形式,蔗糖转运蛋白(sucrose transporter,SUT)在植物的生长代谢中调控蔗糖的跨膜运输和分配,在韧皮部介导的源-库蔗糖运输和为库组织供应蔗糖的生理活动中起关键作用。本研究根据不同淀粉性状甘薯块根中差异表达的2个SUT基因转录本,进行cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)克隆,获得IbSUT62788和IbSUT81616的全长cDNA序列;通过系统发育分析明确其分类;通过在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中瞬时表达明确其亚细胞定位;通过酵母功能互补系统鉴定IbSUT62788和IbSUT81616是否具有吸收、转运蔗糖和己糖的能力。通过实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)分析IbSU62788和IbSUT81616在甘薯各器官中的表达特征;通过蘸花法得到外源表达IbSUT62788和IbSUT81616基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,比较与野生型拟南芥的淀粉和糖含量的差异。结果表明,IbSUT62788和IbSUT81616分别编码505个和521个氨基酸的SUT蛋白,均属于SUT1亚家族。IbSUT62788和IbSUT81616均定位于细胞膜,在酵母系统中具有转运蔗糖、葡萄糖和果糖的能力。此外,IbSUT62788还具有转运甘露糖的能力。IbSUT62788在甘薯叶片、侧枝和茎中的表达量更高,IbSUT81616在侧枝、茎和块根中表达量更高。IbSUT62788和IbSUT81616在拟南芥中异源表达后,植株可以正常生长,但生物量增加。IbSUT62788的异源表达增加了拟南芥植株叶片可溶性糖含量、叶片大小和种子千粒重;IbSUT81616的异源表达增加了拟南芥植株叶片、根尖的淀粉积累量和种子千粒重,但减少了可溶性糖含量。本研究结果表明,IbSUT62788和IbSUT81616可能是调控甘薯蔗糖和糖含量性状的重要基因,在细胞膜上进行着蔗糖的跨膜运输、蔗糖进出库组织、韧皮部蔗糖的运输与卸载等生理功能,在拟南芥中异源表达造成的性状改变说明其在提高其他植物或作物产量中的应用潜力。本研究为揭示甘薯淀粉和糖代谢及重要品质性状形成机制提供了重要信息。     

植物体内蔗糖转运蛋白的功能和调控

蔗糖转运蛋白（sucrose transporter,SUT）负责蔗糖的跨膜运输,在韧皮部介导的源-库蔗糖运输和为库组织供应蔗糖的生理活动中起关键作用。本文介绍植物体内蔗糖转运蛋白基因家族、细胞定位与功能调节以及高等植物的蔗糖感受机制的研究进展。     

植物非结构性碳水化合物代谢及体内转运研究进展

非结构性碳水化合物(NSC)是参与植物能量代谢的主要能量物质,是维持植物自身发育及响应环境调控的重要因子,主要包括单糖、二糖、糖醇、低聚糖和淀粉等。不同NSC成员之间存在相互转化,其代谢和转化由激素和不同环境因子共同调控,其中激素是主导因子。目前NSC的测定方法主要有滴定法、比色法、酶解法、色谱法等,其中色谱法精度高,可同时进行定性和定量分析,目前应用最为广泛。NSC的转运需要糖转运蛋白参与,主要包括单糖转运蛋白(MST)、蔗糖转运蛋白(SUT)和糖外排转运蛋白(SWEET)三类,其中MST和SUT分别负责对各类单糖和蔗糖进行转运,而SWEET既可以对多种单糖进行转运,也参与了蔗糖的运输过程。本文对NSC相关的代谢、定性定量分析及转运调控等基本规律及最新研究进行了总结,以为更好地明确NSC在植物生长发育及环境调控方面的作用和调节机理提供参考。     

蔗糖磷酸合酶功能、结构与催化机制的研究进展

蔗糖是自然界中广泛存在的一种天然产物。在植物等生命体中,蔗糖磷酸合酶(Sucrose phosphate synthase,SPS)是蔗糖合成的限速酶。SPS催化合成蔗糖-6-磷酸;蔗糖磷酸酶(Sucrose Phosphatase,SPP)进一步把蔗糖-6-磷酸上的磷酸根水解下来而形成蔗糖。近几十年来关于SPS的研究多涉及SPS的酶活性测定、SPS的抑制剂和激活剂、SPS的共价修饰调节、SPS调节植物碳水化合物分配、SPS促进植物生长的机制、SPS如何增加果实甜度等方面,文中针对以上几个方面及SPS的晶体结构和催化机制进行了系统地综述。     

高等植物蔗糖转运的分子调控

在高等植物中,蔗糖的合成、运输与分配是一个复杂的过程。蔗糖由源到库的运输不仅与植物的生长发育相关,还受到植物体内的激素水平以及外界环境条件变化等因素的影响。蔗糖转运蛋白介导了蔗糖在植物韧皮部的装载、运输和卸载,在某些库中的蔗糖转运和库组织分配的分子调控中起有重要的生理作用。此外,简要介绍了笔者实验室在橡胶树蔗糖转运蛋白基因研究方面的最新进展。     

巴西橡胶树HbSUT3和HbSUT5 mRNA在嫩茎和中脉中的原位杂交分析

为研究巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)中HbSUT3和HbSUT5基因的功能,采用地高辛标记的RNA探针与橡胶树嫩茎和中脉两种组织切片分别进行RNA原位杂交,对这2种SUT基因在组织中的表达区域与表达特点进行了分析。结果表明,在橡胶树嫩茎中,两个SUT基因主要在树皮的韧皮部和皮层细胞中表达;在中脉中,两个SUT基因在除木质部导管系统外的其它部位均有表达;HbSUT3基因在嫩茎和中脉中的表达量相近,而HbSUT5基因在嫩茎中的表达量远高于中脉。这些揭示HbSUT3和HbSUT5基因可能广泛参与韧皮部装载、蔗糖运输与库细胞供给等活动,同时两个SUT基因也存在功能分化。     

The transfer RNA genes in Oryza sativa L. ssp. indica

The availability of the draft genome sequence of Oryza sativa L ssp. indica has made it possible to study the rice tRNA genes. A total of 596 tRNA genes, including 3 selenocysteine tRNA genes and one suppressor tRNA gene are identified in 127551 rice contigs. There are 45 species of tRNA genes and the revised wobble hypothesis proposed by Guthrie and Abelson is perfectly obeyed. The relationship between codon usage and the number of corresponding tRNA genes is discussed. Redundancy may exist in the present list of tRNA genes and novel ones may be found in the future. A set of 33 tRNA genes is discovered in the complete chloroplast genome of Oryza sativa L. ssp. indica. These tRNA genes are identical to those in ssp. japonica identified by us independently from the origional annotation.     

Computational identification of novel family members of microRNA genes in Arabidopsis thaliana and Oryza sativa

MicroRNAs (miRNAs) are a class of endogenous small RNAs that play important regulatory roles in both animals and plants, miRNA genes have been intensively studied in animals, but not in plants. In this study, we adopted a homology search approach to identify homologs of previously validated plant miRNAs in Arabidopsis thaliana and Oryza sativa. We identified 20 potential miRNA genes in Arabidopsis and 40 in O. sativa, providing a relatively complete enumeration of family members for these miRNAs in plants. In addition, a greater number of Arabidopsis miRNAs (MIR168, MIR159 and MIR172) were found to be conserved in rice. With the novel homologs, most of the miRNAs have closely related fellow miRNAs and the number of paralogs varies in the different miRNA families. Moreover, a probable functional segment highly conserved on the elongated stem of pre-miRNA fold-backs of MIR319 and MIR159 family was identified. These results support a model of variegated miRNA regulation in plants, in which miRNAs with different functional elements on their pre-miRNA fold-backs can differ in their function or regulation, and closely related miRNAs can be diverse in their specificity or competence to downregulate target genes. It appears that the sophisticated regulation of miRNAs can achieve complex biological effects through qualitative and quantitative modulation of gene expression profiles in plants.