甜高粱蔗糖转运蛋白SbSUT3和SbSUT5基因克隆与功能分析

甜高粱具有高光效、高产和抗逆等优点，其茎杆较高的含糖量可用于燃料乙醇新能源的开发。蔗糖转运蛋白（SUT）可以调控蔗糖在植物体内的转运与分配，但甜高粱的SUT还没有被分离和鉴定。近两年，我们利用生物信息学预测出高粱有6个SUT基因，目前已经成功克隆到4个基因（SbSUT1、2、4、6），并对其进行了分析及功能验证。本项目拟在前期工作的基础上新克隆SbSUT3和SbSUT5两个基因全长，用Real time-PCR分析所克隆基因的组织时空表达，用缺陷型酵母互补试验和酵母蔗糖吸收试验验证基因的生化功能，用植物转化方法验证新基因的生物学功能。将这些结果与申请人已有的4个SbSUTs基因的工作积累进行综合分析，初步阐述SbSUTs在甜高粱蔗糖代谢分配中的分子机理，为利用基因工程手段改良甜高粱茎秆含糖量提供理论基础。

甜高粱（Sorghum bicolor (Linn.) Moench）是公认的能源植物之一。甜高粱的蔗糖含量直接制约其生物发酵转化为乙醇的数量。蔗糖是植物光合作用的主要产物，它从源叶中合成后运入库中进行贮存或代谢。蔗糖的转运主要在韧皮部完成，跨膜运输依赖于定位于膜上的蔗糖转运蛋白（SUT）。植物蔗糖转运蛋白的分离鉴定以及功能的研究，有助于揭示蔗糖的转运、分配、积累的分子调控机制，以便于实现作物品质的遗传改良。我们从甜高粱中克隆了2个蔗糖转运蛋白。在酵母中异源表达证明这2个蔗糖转运蛋白都具有转运活性。组织特异性表达说明SbSUTs具有不同的组织特异性。特别是SbSUT5在茎秆髓部表达量较高，推测SbSUT5在髓部蔗糖积累过程中起重要作用。根据“源——库”实验学说，去除了植物的光合器官，必将导致植物体内的碳水化合物重新分配，我们设计了甜高粱和禾本科典型牧草——羊草去叶实验体系。去叶处理后，SbSUT1、2、4的表达模式不同，说明在去叶后这几个蔗糖转运蛋白执行不同的功能。SbSUT1在叶鞘中被显著诱导，而SbSUT4在叶鞘中的表达量变化不明显，相反的却在被包裹叶、根中的表达量上升明显。去叶后SbSUT2在叶鞘中表达量上升明显，在根中和被包裹叶中的表达量却是下降的。结合我们在羊草中LcSUT1的研究结果，我们认为去叶后SbSUT1的升高是叶鞘中蔗糖含量降低引起的，而SbSUT2主要负责叶鞘中储存的果聚糖转变为蔗糖进行长距离运输过程中蔗糖的装载，SbSUT4则负责蔗糖进入生长的器官蔗糖的卸载。