甘蔗糖轉運蛋白超家族基因演化與表達分析.pdf

1、植物碳代謝的研究是生態(tài)學的重要內容，為農業(yè)發(fā)展帶來了新的機遇。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，而糖轉運蛋白是甘蔗糖分的轉運和代謝途徑中最為核心的功能蛋白，探討甘蔗糖轉運蛋白基因超家族的基因組學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。本研究主要是利用比較基因組學結合甘蔗割手密的細菌人工染色體文庫對甘蔗糖轉運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。主要的結果如下：
　?。?）運用比較基因組學的手段，利用甘蔗的近緣物種高粱從甘蔗高豐度的割手密種BAC文庫中鑒定到了55個糖轉運蛋白基因超家族成員。根據(jù)序列結構特征可以分為9個基因家族，其中PLT、HXT家族分為15、13個成員，MST和SUT家族各6個成員，INT和TMT家族各3個成員，VGT和pGLcT各1個成員，SFP家族有7個成員。
　?。?）用代表性的單雙子葉植物的糖轉運蛋白

3、基因超家族的蛋白質序列構建系統(tǒng)進化樹，PLT、SFP、HXT是成員較多的三個家族，從基因家族演化來看，SFP、PLT、MST、INT家族均在演化的過程中出現(xiàn)過基因家族擴張現(xiàn)象。HXT家族的SsHXT13與香蕉的HXT基因在演化關系上更近，說明該基因的演化速率與物種之間的演化速率不同。從基因結構來看，PLT家族在演化的過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、了基因結構擴張的現(xiàn)象，另一部分基因可能出現(xiàn)基因結構刪除的現(xiàn)象。
　　蔗糖SUTs家族成員單倍型、基因結構、演化關系的比較揭示了SsSUT5和SsSUT6是新復制且正進行快速演化的基因，而SsSUT2和SsSUT4是蔗糖轉運蛋白基因家族中最為古老的基因。甘蔗SUTs家族中，SsSUT基因內含子序列的插入才造成了基因大小的擴張。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構和氨基酸序列。
　

5、　對韌皮部多醇的裝載可能起到了重要的作用。GA、ABA、IAA的脅迫表達譜說明 PLT3轉運多醇可能在抗逆性高的甘蔗中參與了響應逆境脅迫。SFP家族的SFP3的表達可能與甘蔗的衰老相關，而 SFP8可能與甘蔗苗期抗逆性有關。HXT13、HXT12、HXT2、HXT8都是HXT家族高豐度表達的基因，它們在四個材料苗期的源組織（葉片）、成熟期的熱帶種和現(xiàn)代栽培種的庫組織（莖）和源組織（葉）中都高表達，說明它們在甘蔗的己糖裝載和卸載過程起到非

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豐度最高，它可能對甘蔗液泡己糖轉運起著重要的作用，而 TMT2在高抗逆割手密中對 IAA的脅迫表達下調，說明 TMT2在響應IAA脅迫的途徑中可能起到了負調控的作用。MST家族的MST4在四個材料的各個時期均不表達，可能是因為該家族存在功能冗余的現(xiàn)象。MST6是該家族的高表達基因，可能在甘蔗苗期和成熟期的庫組織中對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GA、ABA等激素的表達方式不同，說明MST6響應脅迫的方式可能與糖濃度有關。INT3在INT家族中表達最高，它在甘蔗四個材料的成熟期中高表達，說它可能在甘蔗的源組織（葉片）和庫組織（莖）的韌皮部中對肌醇的裝載和卸載起到了重要的作用。
　　SUT3在四個材料的3個時期中均沒有檢測到其轉錄本的存在，說明其在SUT家族是活躍度最低的成員，但是由于SUT3具有完整的基因結構，所以SUT3不可能是一個假基因。SUT1和SUT4是SU