玉米的三個SWEET蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)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(biāo)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(yùn)子配合完成的。ZmSUT1對于玉米的碳分配至關(guān)重要，但其對質(zhì)外體韌皮部裝載以及易位途徑所導(dǎo)致的蔗糖損失回收的貢獻(xiàn)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(rèn)了三個基于葉片表達(dá)的SWEET蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)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(dá)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(dá)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(shí)驗(yàn)在溫室條件下進(jìn)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(jié)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(guān)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(guān)，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(shí)驗(yàn)證實(shí)，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(rèn)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(diǎn)候選對象。