植物SWEET基因家族结构、功能及调控研究进展

SWEET(sugars will eventually be exported transporter)基因家族是一类新型的糖转运蛋白,可顺浓度梯度对糖分进行双向跨膜运输。SWEET在植物光合同化物韧皮部装载、蜜腺花蜜分泌、种子灌浆、花粉发育、病原菌互作、逆境调控等过程中起着关键作用,近年来受到广泛关注。尽管SWEET广泛存在于植物中,但目前对其功能研究主要集中在水稻和拟南芥上。介绍了SWEET基因家族的发现、蛋白结构特征、生理功能及逆境调控的最新研究进展,有助于将来对SWEET基因家族进行更深入和全面的研究。     

牡丹开花相关SWEET家族基因生物信息学与表达模式分析

为了揭示SWEET家族基因在牡丹开花过程中的作用,该研究以‘洛阳红’牡丹花瓣转录组数据库为基础,利用生物信息学方法对SWEET家族基因进行鉴定和分析。结果表明:(1)实验共得到10个具有完整开放阅读框的牡丹SWEET基因。(2)牡丹SWEET家族成员蛋白等电点、消光系数等差别不大,其中5个牡丹SWEET基因编码的蛋白为不稳定蛋白;亚细胞定位预测这10个牡丹SWEET基因编码的蛋白均定位在细胞膜;进化树分析显示,牡丹SWEET基因与拟南芥亲缘关系更近;结构分析表明,牡丹SWEET蛋白结构在进化过程中非常保守,这10个牡丹SWEET蛋白同时具有5个相同的Motif且均含2个MtN3 saliva结构域。(3)可溶性糖含量分析显示,从小风铃期到盛花期,牡丹花瓣中蔗糖含量不断降低,果糖和葡萄糖含量不断升高,均在盛花期达到峰值。(4)qRT-PCR分析显示,PsSWEET4盛花期表达量是小风铃期的34倍,PsSWEET8盛花期表达量是小风铃期的60倍。结合这2个基因表达与进化关系及可溶性糖变化值,初步推测PsSWEET4和PsSWEET8在开花过程中可能通过调控果糖、葡萄糖的转运而间接调控开花过程;该结果为进一步研究PsSWEET基因在牡丹生长发育过程中的功能奠定了基础。     

植物中SWEET基因家族研究进展

SWEET基因家族是一个新的糖转运蛋白,具有2个MtN3/saliva跨膜结构域,从单细胞的原生生物到高等的真核生物中均有出现。目前对该家族功能研究较少,尽管基于MtN3/saliva的不同类型的基因已经被确定,但确切的生物学功能与该跨膜结构域的分子功能仍有待研究。近来的研究表明MtN3/saliva/SWEET基因可能作为糖转运蛋白或通过与离子转运蛋白的互作促进离子转运,调节不同的生理过程,在包括转运糖类、发育、环境适应性、宿主-病原体的相互作用中发挥作用。本文介绍了MtN3/saliva/SWEET基因结构功能的最新研究进展,将为阐明其在不同植物中的功能提供分子基础。     

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。     

木薯SWEETs基因家族生物信息学及表达特性研究

SWEET (sugars will eventually be exported transporters)是植物中新发现的一类编码糖转运蛋白的基因,它在植物生长发育及糖代谢过程中发挥重要作用。该基因家族在木薯(Manihot esculenta)中尚未有详细的报道。本研究从Phytozome数据库获得了28个木薯SWEET候选基因并对其进行生物信息学分析,在华南124的木薯苗中通过荧光定量实验检测SWEET基因在旱胁迫下的表达水平。结果发现木薯SWEET基因被分为4簇,主要分布在第6条和第14条染色体上,编码234 aa与302 aa之间的氨基酸序列;木薯SWEET基因家族的表达在旱胁迫条件下发生了变化,其中明显上调的基因有9个,包括MeSWEET1b、MeSWEET2a、MeSWEET6、MeSWEET9a、MeSWEET9b、MeSWEET12、MeSWEET15a、MeSWEET15b和MeSWEET16c;而表达量明显下调的基因也有9个,为MeSWEET2b、MeSWEET3b、MeSWEET4、MeSWEET7、MeSWEET11、MeSWEET16a、MeSWEET16b、MeSWEET17a和MeSWEET17c。这些结果为进一步阐明SWEET基因家族在木薯中的功能提供理论依据。     

VIGS技术鉴定木薯糖转运蛋白Mesweet18的功能研究

糖转运蛋白（sugar will eventually be exported transporter,SWEET）在植物运输糖类、生殖和发育、逆境性、与病原体互作等方面发挥着重要作用。选择木薯糖转运蛋白Mesweet18基因沉默的靶基因区域,通过病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术注射木薯SC9的盆栽苗叶片。qRT-PCR结果表明,Mesweet18在沉默植株中的表达量显著下调,分别是对照的46.80%、30.23%、21.12%。叶片叶绿素和可溶性糖含量检测结果表明,与对照相比,叶绿素a、b和总含量均出现不同程度的下降,蔗糖和果糖含量显著增加,而葡萄糖含量出现轻微下降。研究Mesweet18在木薯中的分子功能,为深入研究糖转运蛋白SWEET在木薯中的分子机制奠定了基础。     

SWEET蛋白家族研究进展

SWEET是新发现的一类具有7次跨膜?-螺旋的糖运输蛋白,它们由2个重复的具有3次跨膜?-螺旋的MtN3 motif和一个起连接作用的跨膜?-螺旋组成.SWEET广泛存在于真核单细胞生物、高等植物以及动物中.它们在生殖发育、植物与微生物的相互作用、植物的逆境反应及衰老等许多方面起重要作用.最近的研究显示,原核生物中存在与真核生物SWEET类似的、只含有一个3次跨膜?-螺旋的蛋白,这些蛋白属于MtN3或PQ-Loop家族.从慢生根瘤菌中克隆的SWEET同源蛋白BjSemiSWEET1和已经鉴定的部分真核生物SWEET蛋白一样具有运输蔗糖的能力,这个结果与其他相关研究一起暗示真核生物7次跨膜?-螺旋的糖或氨基酸运输蛋白可能由原核生物中3次跨膜?-螺旋的小分子蛋白通过复制或横向基因转移融合进化而来,并且它们在行使功能时可能形成和其他许多膜转运蛋白相似的、具有12次跨膜结构的功能单位.对SWEET的研究将为揭示多种生命现象提供重要线索.     

云南草蔻花蜜分泌格局与访花动物行为及其对果实和种子产量的影响

依靠动物传粉的植物, 其繁殖成功 (胚珠受精与花粉散布 ) 很大程度上取决于访花动物的种类和拜访行为, 而访花动物的种类和行为又受植物提供给传粉者的回报, 主要是花蜜分泌格局的影响。通过对姜科山姜属植物云南草蔻 (Alpiniablepharocalyx) 花蜜分泌量及糖分含量的测定, 拜访动物种类、传粉昆虫拜访频率及停留时间的调查, 主要盗蜜者花松鼠 (Tamiopsswinhoei) 的盗蜜行为观察, 植物的结实率以及结籽量的分析等, 探讨花蜜分泌与传粉昆虫的关系以及盗蜜对果实及种子生产的影响。研究表明 :云南草蔻的两种花型花蜜的分泌量在一天的单花开花过程中呈现相反的格局, 花柱上举型花下午的花蜜分泌量高于上午, 而花柱下垂型花则上午略高于下午 ;两种花型花蜜的糖分浓度都随着开花时间而下降 ;共有 17种访花动物拜访云南草蔻的花, 其中 8种具有传粉作用 ;传粉昆虫的停留时间随拜访频率的不断增加而缩短 ;被盗蜜植株与未被盗蜜植株的结实率差异不显著而结籽量差异显著。     

毛竹SWEET基因家族的全基因组鉴定与分析

糖外排转运蛋白(Sugars will eventually be exported transporters, SWEETs)在植物生理活动和发育过程中起重要作用。为探究SWEET基因家族在毛竹(Phyllostachys edulis)的生长发育过程中起的作用,基于毛竹基因组数据,通过生物信息学方法对SWEET基因家族成员进行鉴定,并对其编码的蛋白质理化性质、系统进化及共线性关系、基因结构、启动子元件及表达模式、蛋白互作网路分析、GO注释等进行细致分析。研究结果表明:该家族基因结构、基序和结构域相对保守,所有成员均含有MtN3_slv结构域。上游启动子序列中含有多个同非生物胁迫以及生长发育相关元件,结合转录组表达量分析显示,多个家族成员在毛竹不同组织器官均有表达。共线性分析揭示毛竹SWEET家族在演化过程中存在全基因组多倍化事件。蛋白互作网路分析挖掘出2个重要核心家族成员,GO注释分析进一步证实毛竹SWEET主要负责体内糖类物质的转运。以上结果为毛竹SWEET基因功能鉴定提供了重要参考,对于毛竹快速生长分子机制研究打下了基础。     

花蜜中酚类物质对群落中同花期植物传粉的影响

显花植物分泌花蜜以奖励传粉昆虫为其提供的传粉服务.许多植物分泌的花蜜中除了糖和氨基酸等物质外,还含有与植物抗虫有关的次生代谢物质,如生物碱和多酚.饲喂试验表明传粉蜂类偏爱采集含有这些次生代谢物质的花蜜.因此,花蜜中的次生代谢物质对分泌这类花蜜的植物传粉具有进化和生态上的意义.但是,花蜜中的次生代谢物质是否会影响群落中其它同花期植物的传粉尚不清楚.在2009年3-5月份,在西双版纳永久样地就中华蜜蜂(Apis cerana)的传粉行为进行研究,比较了两种饲喂条件下,整个蜂群采集花蜜的花粉种类和单个采集蜂携带的花粉团的花粉种类,以及采集蜂蜜囊中花蜜的含糖量(一组饲喂30％蔗糖糖浆,以下简称“喂纯糖浆组”另一组饲喂同样糖浆但含有0.01％槲皮素,以下简称“喂酚糖浆组”).研究结果表明:饲喂两种不同糖浆的蜂群拜访的植物种类数量上没有明显差异.但是,两组采集工蜂所选择采集植物花粉种类却存在明显差异,它们采集的花粉都包含了一些特有的花粉种类.另外,两组采集工蜂所采集含有2种以上花粉种类花粉团的蜜蜂数量存在明显差异,喂酚糖浆组明显高于饲喂纯糖浆组.两组工蜂蜜囊中花蜜的含糖量也存在显著差异,喂酚糖浆组工蜂蜜囊中花蜜的含糖量明显高于喂纯糖浆组.因此,喂酚糖浆组的工蜂拜访植物的专一性比较低,在一次采集过程中倾向拜访花蜜中含糖量高的植物.花蜜中酚类物质增加了群落中同花期植物之间的花粉传播,从而降低了整个群落的传粉效率.     

花蜜化学成分及其生态功能研究进展

花蜜化学成分及其生态功能是当今传粉生物学研究中最为活跃的领域之一。花蜜生态功能是基于植物-传粉者的相互作用过程中花蜜各种化学成分生态意义的耦合。目前人们认为花蜜成分是植物为了提高自身繁殖适合度在吸引传粉者、驱避盗蜜者、保护花蜜免受微生物侵染等生态功能上的折中进化。本文综述了国内外有关花蜜中糖类、氨基酸、蛋白质、无机离子、脂类、酚类、生物碱及萜类等化学成分及其生态功能的最新研究结果;总结了花蜜化学成分的变化及其来源、花蜜化学在传粉者类群与传粉综合征中的重要作用;对今后花蜜化学及其生态功能的研究提出了两点建议:一是将分子技术和生态学结合起来,进一步揭示花蜜化学成分形成的分子机理,植物调控花蜜化学成分及其生态适应机制;二是开展群落水平的花蜜化学及其生态功能研究,探讨同期开花植物花蜜化学成分的差异及其与特化、泛化传粉者类群之间的相互关系,确定花蜜化学在群落水平上对植物传粉网络的影响机制。     

枸杞SWEET基因家族的鉴定与糖含量关系分析

【目的】糖外排转运蛋白（sugars will eventually be exported transporters, SWEETs）在植物生长发育过程中发挥重要作用,为解析SWEETs基因在枸杞（Lycium barbarum L.）果实发育过程中对糖积累作用,进一步为揭示SWEET基因在枸杞果实发育过程中作用提供参考。【方法】研究基于枸杞基因组数据,采用生物信息学方法对枸杞SWEET基因（LbaSWEET）进行全基因组鉴定,并利用已发表的转录数据分析了LbaSWEETs在果实发育时期的基因表达情况。【结果】结果表明,枸杞SWEET基因家族共有37个成员,随机分布于10条染色体上,分别编码152~621个氨基酸,蛋白质分子量为16.87~69.97 kD,等电点为4.96~9.86。亚细胞定位预测位于叶绿体或质膜,大多数含有7个跨膜螺旋。系统进化分析发现,37个LbaSWEET蛋白可分为4个亚群,每个亚群的基因结构和保守基序组成相似。启动子元件分析发现,LbaSWEET基因启动子富含大量激素响应、逆境胁迫和生长发育响应元件。转录组数据和qRT-PCR分析表明,LbaSWEET9和LbaSWEET29基因表达量随着果实成熟呈现显著增加。相关性分析结果表明,LbaSWEET9和LbaSWEET29基因表达量与果糖含量呈显著正相关。【结论】研究推测LbaSWEET9和LbaSWEET29基因是果糖积累的关键基因。     

花蜜微生物及其生态功能研究进展

花蜜是虫媒植物提供给传粉者最有效的报酬,对花蜜特征介导的植物-传粉者相互关系的研究已成为当今传粉生物学研究中最活跃的领域之一。开花植物分泌的原始花蜜是无菌的,不过一些微生物可经由空气传播至花蜜或(和)通过与传粉者的喙接触而聚集于花蜜中,并利用花蜜中的营养物质进行快速繁殖。花蜜的高渗透压环境导致花蜜中微生物(酵母菌,细菌)的物种多样性相对较低。此外,某些生物(传粉者组成,微生物间的竞争)与非生物因素(渗透压,糖组成,次生代谢物质,抗菌化合物,可利用氮源,温度,pH)也可影响花蜜中微生物群落的形成。花蜜中微生物的代谢活动能够改变花蜜物理(温度,粘度)与化学(pH,H_2O_2含量,糖组成和浓度,氨基酸组分和浓度,以及气味)特性,进而影响传粉者的访花行为与植物的繁殖适合度。因而,对花蜜中微生物及其生态功能的研究近年来颇受传粉生物学家的关注。在总结已发表研究成果的基础上,提出今后的研究有必要结合分子生物学与化学分析技术,以进一步揭示影响花蜜中微生物群落的潜在因素的作用机制,同时对花蜜微生物改变花蜜的物理、化学特性及植物-传粉者之间相互作用的可能原因进行更详尽的阐释,特别是对花蜜微生物在生态系统中所发挥的生态功能进行进一步的研究与认识。     

马铃薯糖转运蛋白基因的克隆及表达分析

植物SWEET基因家族是一类糖转运蛋白,在植物的生理活动和生长发育过程中发挥着重要功能。为了解马铃薯SWEET基因的相关信息,探究其在马铃薯不同组织以及在生物胁迫与非生物胁迫下的表达特性。该研究采用同源克隆技术从马铃薯‘青薯9号’中克隆了StSWEET5基因(GenBank登录号为MN295671),其CDS序列长度为717 bp,编码238个氨基酸。系统进化树分析结果表明,StSWEET5与番茄的氨基酸序列相似性最高(97.06%)。qRT-PCR分析表明:StSWEET5基因在马铃薯各组织(根、茎、叶、花、块茎、匍匐茎)中均有表达,且在花中的表达显著高于其他组织;糖胁迫下,StSWEET5基因在根、茎、叶中均有表达,尤其在根中的表达差异最为显著(P0.05)。在晚疫病菌(Phytophthora infestans)诱导后36 h时,表达量达到最高,随后急剧下调。推测StSWEET5基因参与了马铃薯糖胁迫以及响应了晚疫病诱导的过程。     

大气CO2浓度升高对花蜜及传粉昆虫的影响

植物依赖昆虫传授花粉,昆虫从植物获得花粉和花蜜作为食物,两者在漫长的进化过程中形成了密切的互惠共生关系.大量研究表明,CO2浓度升高对植物花蜜的产量和组成有显著的影响.CO2浓度增加后,有花植物花蜜的产量和组分在不同物种之间的变化差异很大,即使是种内不同基因型植株的花蜜对CO2浓度增加的反应也有所不同.大部分种类花蜜的...     

刺五加、短梗五加的花蜜分泌节律、花蜜成分及访花者多样性的比较研究

野外定位观测刺五加（Eleutherococcus senticosus）、短梗五加（E.sessiliflorus）的花蜜分泌节律、访花者的多样性,室内分析其花蜜的主要成分。结果表明,刺五加雄株的花杂在开花1－3（4)d分泌花蜜,雌株在开花5－7,6－8或7－9d分泌花蜜;短梗五加以及刺五加两性株的部分花杂,在开花后有两次分泌花蜜的过程：第1次与花药开裂散粉时间一致,第2次与柱头具可授性的时间一致。而且,刺五加和短梗五加都由动物帮助传粉,花蜜分泌的时间与多数访花者的访花时间一致,在一天之中,散出花粉的花朵分泌花蜜的时间早于接受花粉的花杂,这种时间差异应该是植物控制该 花者流向并导致传粉成功的关键。短梗五加与刺五加之间以及刺五加不同性别的植株之间,花蜜的成分及相对含量各有特点,但都以果糖和葡萄糖为主。在刺五加、短梗五加花朵上记录到的访花昆明分别为50余种和40余种,多数隶属于膜翅目、鳞翅目、鞘翅目和半翅目。其中膜翅目的胡蜂、马蜂、熊蜂,双翅目的食蚜蝇、寄蝇等是刺五加、短梗五加的常见访花者。     

位置效应对巫山淫羊藿花蜜分泌和结实的影响

位置效应在开花植物中广泛存在。以野生巫山淫羊藿种群为研究对象,运用单因素方差分析法,研究位置效应对结实性和花蜜分泌的影响。结果表明:三个巫山淫羊藿种群不同位置的结实率显著差异,其中基部的结实率明显大于中部和顶部; 位置效应对果实重量及果实长、宽的影响均显著,表现出基部>中部>顶部的趋势; 总状花序上不同开花位置对单个果实种子数的影响显著,且基部大于顶部。但位置效应对单个果实种子败育率的影响不显著,均值呈现顶部>中部>基部变化规律; 巫山淫羊藿不同开花位置的花蜜常备量和含糖量的差异显著。三个种群基部的花蜜常备量较高,而花蜜含糖量在顶部较高。因此,对巫山淫羊藿野生种群进行研究与保护时应注意位置效应对生殖成功的影响,选择基部果实进行试验或育种,应维持种群多样性及稳定性。     

海南三七（姜科）的食源性欺骗传粉

有花植物为繁殖成功,进化出各种各样的花部特征来吸引传粉者,如为传粉者提供花蜜、花粉、栖息地等,然而在33科146属的被子植物中也存在着不提供任何报酬而欺骗昆虫为其传粉的现象。这种欺骗性传粉模式主要出现在高度进化的具有多样化传粉模式的兰科植物中。报道了在姜科植物中首次发现的食源性欺骗传粉模式。对姜科山柰属海南三七进行连续2年的传粉生物学观察和研究发现,海南三七的花在早上5:30～6:00之间开放,下午17:00～18:00左右闭合萎蔫,持续大约11～12h。开花过程中花粉活性与柱头可受性均保持较高水平(>90%)。花粉/胚珠比率(P/O)为82.20±47.89(n=20)。木蜂是其主要的访花和传粉昆虫,访花目的是吸取花蜜。海南三七虽有细长线形的蜜腺,但并不分泌花蜜作为传粉昆虫访花的报酬,采用食源性欺骗的方式欺骗木蜂为其传粉。繁育系统的研究表明广西弄化的海南三七居群主要是通过根茎进行无性繁殖。     

锦鸡儿(Caragana sinica(Buchoz) Rehd)传粉生物学研究

对唐家河国家自然保护区内锦鸡儿(Caragana sinica(Buchoz)Rehd)的花期、访问者、有效传粉者种类及行为、花蜜分泌节律和繁育系统等进行定点观察和实验处理。结果表明:锦鸡儿单花花期约5d,种群花期约20d。拥有以吸蜜为主的条蜂属(Anthophora)、熊蜂属(Bombus)和太阳鸟属(Aethopyga)3种传粉者功能群。综合访花频率和花粉落置数,茜条蜂(Pyganthophora rubricus Dours)和蓝喉太阳鸟(Aethopyga gouldiae)为主要有效传粉者,熊蜂(Bombus)为次要有效传粉者;蚂蚁(formicidae)和西方蜜蜂(Apis mellifera Linnaeus)为主要盗蜜者。套袋处理结果表明,花蜜分泌日变化中,最大花蜜量发生在16:00左右;花蜜随单花花期变化中,花蜜体积最大发生于单花第5天;分泌均呈递增趋势。花蜜分泌节律与访花频率呈正相关。繁育系统检测显示,花粉胚珠比为3779±320.92,柱头最适可授期在开花第2—3天;结合不同授粉处理表明:锦鸡儿自交不亲和,需要传粉者,为蜂媒兼鸟媒植物。     

广东地区外来种五爪金龙的传粉生物学研究（英文）

五爪金龙(Ipomoea cairica)是一种匍匐或攀援生长的入侵杂草。2006-2007年作者在广东地区开展了对该入侵种的传粉生物学研究。五爪金龙在广东全年均可开花,花序为聚伞花序,花冠为紫色或蓝紫色喇叭状。开花时间在早晨4:30-5:20之间,下午17:40闭合,持续大约12h。每朵花平均分泌花蜜量为5.82±2.47μL(n=10),花蜜平均含糖量为41.03±6.52%,氨基酸含量为0.042mg/mL。开花过程中花粉活性和柱头可受性均保持较高水平(>90%)。花粉/胚珠比率(P/O)为4,778.18±264.58(n=10)。木蜂(Xylocopasp.)是其有效的传粉昆虫,蝇类和蝶类为随机访问者。开花过程中柱头与花药相接触,有利于自花授粉。然而,繁育系统的研究表明五爪金龙是自交不亲和植物,其种子仅能通过异花授粉获得。