草莓SWEET基因家族成员的分析与克隆定(2)

目前,已经有多种糖转运载体被发现和鉴定,如sugar transporter(SUT)或sugar carrier(SUC)等参与糖的装载,而Sugars Will Eventually be Exported Transporters (SWEET)则被发现参


目前,已经有多种糖转运载体被发现和鉴定,如sugar transporter(SUT)或sugar carrier(SUC)等参与糖的装载,而Sugars Will Eventually be Exported Transporters (SWEET)则被发现参与韧皮部糖的卸载[1]。SWEET 基因家族编码的蛋白是一个结构保守、依赖能量的糖转运蛋白,植物大部分所含的具有2个MtN3/saliva 跨膜结构域。该结构域也称为PQ环重复,并且其包含一对重复,其各自跨越两个通过基于保守结构域数据库的描述的环连接的跨膜螺旋。MtN3结构最早被发现于苜蓿根部结瘤素中,之后从单细胞的原生生物到高等的真核生物中都有发现[2]。Yuan等进一步对不同物种中的SWEET蛋白进行了系统发育分析,发现SWEET蛋白可以分为三个进化枝。单子叶植物和双子叶植物进化枝I中的蛋白质具有两个MtN3 /saliva结构域;分支II中哺乳动物的MtN3 /saliva/ SWEET-型蛋白含有两个特征性的MtN3 /saliva结构域。来自细菌的MtN3 / saliva / SWEET-型蛋白都属于分支III,而属于分支III的原核生物只含有一个结构域,由3个跨膜螺旋组成[2]。

Xuan等2013研究表明,SWEET作为糖转运蛋白,参与了植物体内多个生理过程,包括蔗糖、单糖的转运,离子的转运,还参与植物体的生殖发育与衰老、逆境胁迫反应等[3]。Chen等发现分别位于拟南芥和水稻质膜上的AtSWEET11和AtSWEET14的OsSWEET11和OsSWEET14在与筛管伴胞相邻的韧皮部薄壁组织中表达,从而将叶片中的蔗糖转运到维管束中,研究表明这些蛋白的变体表现为维管束中蔗糖减少和生长缓慢等,也具体地说明了拟南芥中的AtSWEET11和AtSWEET14以及水稻中的OsSWEET11和OsSWEET14参与了蔗糖从源到库的运输[4]。另外的研究发现AtSWEET8/RUPTURED POLLEN GRAIN1(RPG1)参与花粉壁发育,在花药发育中起重要作用[5]。而水稻的 OsSWEET5则在衰老叶片中表达, 由此可推测该基因起将半乳糖输入细胞的功能[6]。

除了与植物的生长发育有关外,SWEET基因还被发现参与了植物与病原菌的互作过程, 当病原菌对植物进行侵染时, 可诱导植物中SWEET基因的上调表达[7]。研究发现,当病原菌通过水稻叶面上的气孔或所受创伤的伤口进入叶肉细胞时,诱导OsSWEET11的表达上升,从而使得细胞中的蔗糖外运进入细胞间隙,病原菌因此获得大量营养,进一步促进细菌的感染[8]。水稻中OsSWEET11和OsSWEET13的自然突变体由隐性xa13和xa25基因决定,当这两个基因发生突变后会导致白叶枯菌不能诱导OsSWEET11和OsSWEET13的表达,导致病原菌无法从植物中获得生长所需的糖提供生长,因而突变植株对白叶枯病表现为抗性[7]。SWEET9被发现是花蜜生产中必不可少的外排转运蛋白[9],而SWEET17和SWEET16分别是控制拟南芥叶和根的叶绿体中果糖含量的主要基因[10,11]。另外,在葡萄中的研究发现,当用灰霉病菌侵染葡萄时,葡萄的VvSWEET4 基因表达量大幅上调,表明葡萄的VvSWEET4基因参与了病菌侵染这一过程[12]。除了进行糖的转运以外,SWEET 基因编码的蛋白还参与离子的转运,研究发现,当拟南芥用铝离子处理后能导致AtSWEET13 基因上调表达量上调近160倍,说明SWEET 家族成员在维持根系铝离子的平衡和稳态起重要作用。而其它的研究中表明冷害、渗透压、低氮等均能引起 SWEET16 的下调表达,过表达植株在缺氮条件下葡萄糖、果糖减少,但野生型氮利用率高于转基因植株[7]。

目前,关于SWEET基因的研究主要集中在拟南芥、水稻等模式植物中。而对果树中SWEET的研究较少,水果中可溶性糖含量是影响水果品质的重要因素之一。已有的研究表明SWEET蛋白作为糖转运载体参与了植物体内糖的积累和转移, 同时还与植物抗病有关,而以上两个方面与水果的商品价值和货架期这两个方面均密切相关。因此,研究水果SWEET蛋白的功能具有重要意义,草莓是蔷薇科重要的果树,但目前对草莓SWEET的研究还未见报道,本研究的结果将有助于了解SWEET在森林草莓中的相关信息,同时为之后改善草莓的抗性与品质的实验打下基础。