甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族基因演化與表達(dá)分析.pdf

1、植物碳代謝的研究是生態(tài)學(xué)的重要內(nèi)容，為農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。甘蔗是世界上最重要的糖料作物之一，是全球大約80％的蔗糖及40%乙醇的發(fā)酵原料。甘蔗的成熟莖桿的汁液中包含9%-18%蔗糖，而糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是甘蔗糖分的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝途徑中最為核心的功能蛋白，探討甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的基因組學(xué)與基因功能是研究甘蔗蔗糖的積累與高生物量形成的重要基礎(chǔ)。本研究主要是利用比較基因組學(xué)結(jié)合甘蔗割手密的細(xì)菌人工染色體文庫(kù)對(duì)甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的演化和功能

2、展開研究，為甘蔗的分子遺傳育種奠定基礎(chǔ)。主要的結(jié)果如下：
　?。?）運(yùn)用比較基因組學(xué)的手段，利用甘蔗的近緣物種高粱從甘蔗高豐度的割手密種BAC文庫(kù)中鑒定到了55個(gè)糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族成員。根據(jù)序列結(jié)構(gòu)特征可以分為9個(gè)基因家族，其中PLT、HXT家族分為15、13個(gè)成員，MST和SUT家族各6個(gè)成員，INT和TMT家族各3個(gè)成員，VGT和pGLcT各1個(gè)成員，SFP家族有7個(gè)成員。
　　（2）用代表性的單雙子葉植物的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

3、基因超家族的蛋白質(zhì)序列構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹，PLT、SFP、HXT是成員較多的三個(gè)家族，從基因家族演化來(lái)看，SFP、PLT、MST、INT家族均在演化的過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)基因家族擴(kuò)張現(xiàn)象。HXT家族的SsHXT13與香蕉的HXT基因在演化關(guān)系上更近，說(shuō)明該基因的演化速率與物種之間的演化速率不同。從基因結(jié)構(gòu)來(lái)看，PLT家族在演化的過(guò)程中可能有基因序列丟失的現(xiàn)象和外顯子融合現(xiàn)象。MST家族中，部分基因（SsMST2、SsMST6、SsMST5）可能出現(xiàn)

4、了基因結(jié)構(gòu)擴(kuò)張的現(xiàn)象，另一部分基因可能出現(xiàn)基因結(jié)構(gòu)刪除的現(xiàn)象。
　　蔗糖SUTs家族成員單倍型、基因結(jié)構(gòu)、演化關(guān)系的比較揭示了SsSUT5和SsSUT6是新復(fù)制且正進(jìn)行快速演化的基因，而SsSUT2和SsSUT4是蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族中最為古老的基因。甘蔗SUTs家族中，SsSUT基因內(nèi)含子序列的插入才造成了基因大小的擴(kuò)張。雖然甘蔗為高倍體植物，甘蔗中 SsSUT基因家族成員單倍型之間依然具有保守的基因結(jié)構(gòu)和氨基酸序列。
　

5、　對(duì)韌皮部多醇的裝載可能起到了重要的作用。GA、ABA、IAA的脅迫表達(dá)譜說(shuō)明 PLT3轉(zhuǎn)運(yùn)多醇可能在抗逆性高的甘蔗中參與了響應(yīng)逆境脅迫。SFP家族的SFP3的表達(dá)可能與甘蔗的衰老相關(guān)，而 SFP8可能與甘蔗苗期抗逆性有關(guān)。HXT13、HXT12、HXT2、HXT8都是HXT家族高豐度表達(dá)的基因，它們?cè)谒膫€(gè)材料苗期的源組織（葉片）、成熟期的熱帶種和現(xiàn)代栽培種的庫(kù)組織（莖）和源組織（葉）中都高表達(dá)，說(shuō)明它們?cè)诟收岬募禾茄b載和卸載過(guò)程起到非

6、常重要的作用。
　　TMT1在 TMT家族中演化最快，而且在該家族中的表達(dá)豐度最高，它可能對(duì)甘蔗液泡己糖轉(zhuǎn)運(yùn)起著重要的作用，而 TMT2在高抗逆割手密中對(duì) IAA的脅迫表達(dá)下調(diào)，說(shuō)明 TMT2在響應(yīng)IAA脅迫的途徑中可能起到了負(fù)調(diào)控的作用。MST家族的MST4在四個(gè)材料的各個(gè)時(shí)期均不表達(dá)，可能是因?yàn)樵摷易宕嬖诠δ苋哂嗟默F(xiàn)象。MST6是該家族的高表達(dá)基因，可能在甘蔗苗期和成熟期的庫(kù)組織中對(duì)單糖的卸載具有重要的作用，其在不同糖含量的材

7、料中對(duì)GA、ABA等激素的表達(dá)方式不同，說(shuō)明MST6響應(yīng)脅迫的方式可能與糖濃度有關(guān)。INT3在INT家族中表達(dá)最高，它在甘蔗四個(gè)材料的成熟期中高表達(dá)，說(shuō)它可能在甘蔗的源組織（葉片）和庫(kù)組織（莖）的韌皮部中對(duì)肌醇的裝載和卸載起到了重要的作用。
　　SUT3在四個(gè)材料的3個(gè)時(shí)期中均沒有檢測(cè)到其轉(zhuǎn)錄本的存在，說(shuō)明其在SUT家族是活躍度最低的成員，但是由于SUT3具有完整的基因結(jié)構(gòu)，所以SUT3不可能是一個(gè)假基因。SUT1和SUT4是SU