黄梁木蔗糖转运蛋白NcSUTs在木材发育与形成中的功能研究

Sucrose transporter (SUT) play pivotal roles in mediating long distance sucrose transport from source to sink organs, and their abilities have a major impact upon plant growth and development. However, the relationship between SUT and wood development and formation remains unclear. In our previous study, a total of 6 NcSUT genes were identified in Neolamarckia cadamba genome. In this proposal, the expression patterns, sucrose transport capability and localization of these NcSUTs will be explored. On this basis, we selected the potential NcSUTs genes associated with wood development, and subsequently validate their functions through overexpression and knockout of the target genes. The objective of our proposal is to clarify the role of NcSUTs in wood development and formation, which will lay the foundation for exploring the molecular mechanism by which SUT regulate wood formation, and ultimately provide the effective candidate genes for genetic improvement in tree growth and wood quality.

蔗糖转运蛋白（Sucrose Transporter, SUT）参与蔗糖从源组织向库组织的长距离运输，对植物的生长发育起着至关重要的作用，但其与木材发育与形成的关系目前尚不明晰。申请人所在课题组前期全基因组范围鉴定了6个黄梁木（Neolamarckia cadamba）蔗糖转运蛋白基因，在此基础上，本项目拟通过分析NcSUTs表达模式、蔗糖转运能力及蛋白定位，筛选与木材发育相关的关键NcSUTs；通过超量表达与定点敲除关键NcSUTs，验证其在黄粱木生长发育特别是木材形成过程中的功能。本项目的实施将明确黄梁木NcSUTs与木材发育与形成的功能关系，为进一步深入阐明SUT参与木材材性的形成与发育的分子机制奠定基础，最终为林木生长发育与木材品质的遗传改良提供有效的候选基因。

黄梁木是华南地区重要的热带速生用材林树种，其快速生长及木材形成需要光合源组织合成大量碳水化合物并且输送至库组织。蔗糖转运蛋白（Sucrose Transporter, SUT）参与蔗糖从源组织向库组织的长距离运输，但其与木材发育与形成的关系目前尚不明晰。本研究通过对黄梁木NcSUT基因鉴定，利用转录组及qRT-PCR检测NcSUTs在不同组织部位及维管组织不同发育时期的时空表达特点，发现NcSUT1在韧皮部和木质部中表达丰度较高，推测其可能参与黄梁木维管组织发育过程。蔗糖转运活性与亚细胞定位分析表明NcSUT1能够转运蔗糖，并且定位于细胞膜；通过拟南芥异源表达NcSUT1获得超表达株系，表型分析发现NcSUT1超表达植株叶片增大且提前开花，通过茎的横切组织化学染色分析表明木质部面积大于野生型，说明NcSUT1不仅促进植物生长发育，也对木质部发育起到重要调控作用；在添加外源蔗糖条件下，超表达植株的根长显著高于野生型，说明NcSUT1能够将胞外蔗糖运输进入胞内，验证了其蔗糖转运特性。在ABA条件下，转基因种子萌发率比野生型高，说明NcSUT1超表达可提高对ABA的抗逆能力，而在盐处理下，超表达系的种子萌发率低于野生型，说明超表达系对NaCl更敏感，降低抵抗高盐能力。在没有逆境条件下（即MS培养基）、添加ABA或甘露醇，NcSUT1转基因株系的根长显著高于野生型，表明NcSUT1提高了植物对ABA和渗透压的抗逆性。黄梁木NcSUT1超表达毛状根木质部面积比野生型和转入空载体的大，也证实了NcSUT1影响黄梁木的木质部发育。本研究获得了参与黄梁木木质部发育的NcSUT1,通过多种实验手段验证了其功能，丰富了林木维管发育的调控因子，为后续林木木材形成的品质改良提供重要的候选基因。