橡胶树胶乳关键蔗糖合成酶基因的分离鉴定和功能分析

In rubber tree (Hevea brasiliensis), rubber is synthesized in the cytoplasm (latex) of highly specialized cells called laticifers use sucrose as the precursor molecule. After tapping, there need large amounts of sucrose for the regeneration of latex, while excessive sucrose consumption often result in the occurrence of tapping panel dryness (TPD). We found that Sus play an important role in preventing excessive sucrose consumption in the laticifers. In this study, the sucrose synthase were isolated and detected in latex basing on transcription and translation level, including gene and protein expression, gene function and characteristics of enzyme.The results will reveal how and which the key sucrose synthase gene regulate the sucrose metabolism in latex, and further regulate the rubber synthesis and the regeneration of latex. It is hoped to obtain one or more sucrose synthase genes that relate to rubber yield, provide important genes for molecular assistant breeding and transgene in Hevea.

在橡胶树(Hevea brasiliensis)中，橡胶生物合成是以蔗糖为原料在特化的乳管细胞中进行，每次割胶后乳管细胞都需要消耗大量的蔗糖进行胶乳（乳管的细胞质）的再生，然而蔗糖的过度消耗却可能导致橡胶树死皮病的发生。前期研究发现，胶乳蔗糖合成酶可能在调控胶乳蔗糖代谢和防止胶乳蔗糖过度消耗方面起重要作用。本项目拟从转录和翻译水平研究胶乳蔗糖合成酶基因的表达特性，纯化胶乳蔗糖合成酶并了解其酶学特性，通过分子鉴定和生化特性研究，确定胶乳蔗糖合成酶的关键成员，明确其在调控胶乳蔗糖浓度水平方面所起的重要作用。项目结果有助于阐明橡胶树胶乳蔗糖代谢的调控机理，为全面揭示橡胶树胶乳蔗糖代谢与胶乳再生以及橡胶产量的密切关系奠定理论基础，为橡胶树产量定向分子改良提供重要的靶基因。

在橡胶树(Hevea brasiliensis)中，蔗糖是橡胶生物合成的主要原料，乳管蔗糖的供给和有效利用直接影响胶乳产量。在前期研究中，我们鉴定了乳管蔗糖供给的蔗糖转运蛋白基因HbSUT3（Tang et al., 2010, Plant Cell Environ.）和蔗糖分解的转化酶基因HbNIN2（Liu et al., 2015, New Phytologist），本项目的主要目标是明确橡胶树胶乳中蔗糖代谢的主要蔗糖合成酶基因。蔗糖合成酶是蔗糖代谢的一种关键酶，与多种植物库组织的库强呈明显正相关。在本项目研究中，我们率先从橡胶树分离鉴定了6个蔗糖合成酶家族成员，明确胶乳中关键蔗糖合成酶成员HbSus3，在胶乳中其表达明显受乙烯利、机械伤害和割胶调控，并研究发现HbSus3的表达和胶乳的产量呈明显正相关，为橡胶树产量定向分子改良提供重要的靶基因；研究发现HbSus3在叶片发育过程中的表达和酶活变化趋势一致；为全面了解乳管蔗糖的代谢调控，我们适度拓宽了项目研究的内容，初步分析了其它可能参与橡胶树胶乳蔗糖代谢调控的基因，如SWEET和钙离子信号相关基因的进化和表达。项目发表论文9篇，其中SCI论文4篇，以第四完成人获省部级一等奖一项。项目结果为全面揭示乳管蔗糖代谢的分子调控奠定了良好基础，为橡胶产量形成的碳库分配调控机制研究提供了前期工作基础，为橡胶高产定向分子改良提供了可靠靶标基因。