玉米的三個SWEET蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白旁系同源基因在韌皮部裝載中的重要作用

原文以 Impaired phloem loading in genome-edited triple knock-out mutants of SWEET13 sucrose transporters為標題發(fā)表在2017年10月6日的bioRxiv上，原文作者Margret Bezrutczyk等
譯：毅
 
作物產(chǎn)量依賴于蔗糖從葉片到籽粒的有效分配。在擬南芥中，韌皮部裝載（Phloem Loading）是通過SWEET蔗糖流（SWEET Sucrose Effluxers）以及隨之的SUT1/SUC2蔗糖/H+協(xié)同轉(zhuǎn)運子配合完成的。ZmSUT1對于玉米的碳分配至關重要，但其對質(zhì)外體韌皮部裝載以及易位途徑所導致的蔗糖損失回收的貢獻還不清楚。因此，研究者檢測了玉米中SWEETs對韌皮部裝載的重要性。
 
研究者們確認了三個基于葉片表達的SWEET蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白，它們在質(zhì)外體韌皮部裝載中發(fā)揮重要作用。尤其是，ZmSWEET13旁系同源體（a，b，c）是葉脈管系統(tǒng)表達量zui高的基因之一。經(jīng)基因組編輯，三個基因敲除后的突變體明顯發(fā)育不良。

 
野生型和突變體植株在生長發(fā)育（如株高）以及ZmSWEETs表達方面的差異

 
為了定量評估突變體在光合作用方面的受損情況，研究者采用LI-6800光合熒光自動測量系統(tǒng)評價野生型和突變體玉米植株在光合速率方面的差異。實驗在溫室條件下進行：溫度28℃；光合有效輻射1000μmol/m²/s；相對濕度60%。

 LI-6800光合熒光自動測量系統(tǒng)

 
結果發(fā)現(xiàn)，突變體的光合作用受損，葉片積累淀粉和可溶性糖。轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）表明，突變體存在顯著的與光合器官和碳水化合物代謝相關基因的異常轉(zhuǎn)錄。GWAS分析表明，ZmSWEET13s旁系同源體與作物的農(nóng)藝性狀有關，尤其會影響開花時間和葉片角度。

 
野生型和突變體植株在葉片淀粉以及可溶性糖累積間的差別

 
實驗證實，ZmSWEET13旁系同源體（a，b，c）和ZmSUT1在韌皮部裝載過程中存在合作。研究者認為，試圖通過生物工程措施提高作物產(chǎn)量時，可以將其作為重點候選對象。