甜高粱蔗糖轉運蛋白SbSUT3和SbSUT5基因克隆與功能分析

《甜高粱蔗糖轉運蛋白SbSUT3和SbSUT5基因克隆與功能分析》是李曉峰為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的面上項目。

基本介紹

• 中文名：甜高粱蔗糖轉運蛋白SbSUT3和SbSUT5基因克隆與功能分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李曉峰
• 依託單位：中國科學院植物研究所

項目摘要

甜高粱具有高光效、高產和抗逆等優點，其莖桿較高的含糖量可用於燃料乙醇新能源的開發。蔗糖轉運蛋白（SUT）可以調控蔗糖在植物體內的轉運與分配，但甜高粱的SUT還沒有被分離和鑑定。近兩年，我們利用生物信息學預測出高粱有6個SUT基因，目前已經成功克隆到4個基因（SbSUT1、2、4、6），並對其進行了分析及功能驗證。本項目擬在前期工作的基礎上新克隆SbSUT3和SbSUT5兩個基因全長，用Real time-PCR分析所克隆基因的組織時空表達，用缺陷型酵母互補試驗和酵母蔗糖吸收試驗驗證基因的生化功能，用植物轉化方法驗證新基因的生物學功能。將這些結果與申請人已有的4個SbSUTs基因的工作積累進行綜合分析，初步闡述SbSUTs在甜高粱蔗糖代謝分配中的分子機理，為利用基因工程手段改良甜高粱莖稈含糖量提供理論基礎。

結題摘要

甜高粱（Sorghum bicolor (Linn.) Moench）是公認的能源植物之一。甜高粱的蔗糖含量直接制約其生物發酵轉化為乙醇的數量。蔗糖是植物光合作用的主要產物，它從源葉中合成後運入庫中進行貯存或代謝。蔗糖的轉運主要在韌皮部完成，跨膜運輸依賴於定位於膜上的蔗糖轉運蛋白（SUT）。植物蔗糖轉運蛋白的分離鑑定以及功能的研究，有助於揭示蔗糖的轉運、分配、積累的分子調控機制，以便於實現作物品質的遺傳改良。我們從甜高粱中克隆了2個蔗糖轉運蛋白。在酵母中異源表達證明這2個蔗糖轉運蛋白都具有轉運活性。組織特異性表達說明SbSUTs具有不同的組織特異性。特別是SbSUT5在莖稈髓部表達量較高，推測SbSUT5在髓部蔗糖積累過程中起重要作用。根據“源——庫”實驗學說，去除了植物的光合器官，必將導致植物體內的碳水化合物重新分配，我們設計了甜高粱和禾本科典型牧草——羊草去葉實驗體系。去葉處理後，SbSUT1、2、4的表達模式不同，說明在去葉後這幾個蔗糖轉運蛋白執行不同的功能。SbSUT1在葉鞘中被顯著誘導，而SbSUT4在葉鞘中的表達量變化不明顯，相反的卻在被包裹葉、根中的表達量上升明顯。去葉後SbSUT2在葉鞘中表達量上升明顯，在根中和被包裹葉中的表達量卻是下降的。結合我們在羊草中LcSUT1的研究結果，我們認為去葉後SbSUT1的升高是葉鞘中蔗糖含量降低引起的，而SbSUT2主要負責葉鞘中儲存的果聚糖轉變為蔗糖進行長距離運輸過程中蔗糖的裝載，SbSUT4則負責蔗糖進入生長的器官蔗糖的卸載。