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该研究在苹果中鉴定了一个果糖和葡萄糖特异己

2019-08-03 12:29:28 生物研究113℃

  原标题:PBJ 西北农林果树逆境生物学团队研究发现在糖卸载过程中己糖转运蛋白HT和CWINV协同调控着果实中糖的含量

  近日,西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室果树逆境生物学团队在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为“Heterologous expression of theapple hexose transporter MdHT2.2 altered sugar concentration with increasingcell wall invertase activity in tomato fruit”的研究论文。该研究在苹果中鉴定了一个果糖和葡萄糖特异己糖转运蛋白MdHT2.2,发现其参与了果实中质外体己糖的卸载,并利用CRISPR-Cas9技术结合转基因手段在番茄果实中发现,己糖转运蛋白HT通过调节质外体空间己糖含量调节细胞壁转化酶(CWINV)的表达及其活性,证实了在糖质外体卸载过程中己糖转运蛋白和代谢酶CWINV可相互调控,协同调控着果实中糖的含量,为蔗糖的质外体卸载途径中库强的调控和果实品质改良提供了新见解。

  甜度是评价果实品质的主要指标,主要由可溶性糖含量、组成及糖酸比等决定。作为库器官,果实中碳水化合物的卸载能力与其生长发育和糖含量密切相关,尤其糖转运蛋白的活性调控着糖在果实中的分配、含量及糖的组成。CWINV和HT系统是蔗糖质外体卸载途径中糖进入薄壁细胞中的两个关键因子。在多个植物中现在已经明确CWINV调控着植物的库强,但关于HT的研究主要在模式植物拟南芥中,关于其在调控果实糖含量及在质外体蔗糖卸载过程中其与CWINV关系尚不清楚。

  该团队在前期工作中发现了一个在苹果果实中高度表达,且与糖含量相关的己糖转运蛋白MdHT2.2,通过对其进行系统进化分析,时空表达特异性分析,亚细胞定位分析,以及酵母糖吸收特性等分析发现,MdHT2.2是一个在成熟果中高度表达,对果糖和葡萄糖有转运活性的己糖/H+同向转运蛋白,主要功能是将质外体空间中的果糖和葡萄糖转运到果肉细胞中,维持高己糖卸载能力。为探明其与果实糖含量的关系,将MdHT2.2在番茄中异源表达,发现MdHT2.2过表达增加了果实果糖和葡萄糖含量,但降低了蔗糖含量。后经糖代谢和转运分析及CRIPSR-Cas9技术证实,果实中糖含量的变化是由于CWINV关键基因LIN5表达的上调及CWINV活性增加。该研究为蔗糖的质外体卸载途径中的HT-CWINV之间的关系及果实品质的提升提供了新见解,并为改变作物农艺性状提供了良好的候选基因。

  图1MdHT2.2过表达对番茄果实糖含量的影响与CWINV的关系。SlLIN5编码果实特异的CWINV,L5为MdHT2.2过表达转基因番茄株系,sllin5为相关基因编辑株系

  博士研究生王正阳为该文的第一作者,西北农林科技大学果树逆境生物学团队的李明军教授和马锋旺教授为该论文共同通讯作者。该项目获得了国家重点研究开发项目、国家自然科学基金等项目的资助。

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