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近日，BMC Plant biology在线发表了“Functional Characterization and Analysis of Transcriptional Regulation of sugar transporter SWEET13c in Sugarcane Saccharum spontaneum”的研究论文。该论文利用遗传转化和酵母单杂交实验鉴定了甘蔗关键糖转运蛋白SWEET13c的功能及上游转录调控因子。本研究为深入解析该基因在甘蔗糖分代谢网络中的功能作用及其调控机制奠定了基础，也为甘蔗分子育种提供关键基因资源。
糖转运蛋白作为糖分运输与积累的核心功能基因，在碳水化合物代谢网络以及糖分转运网络中发挥重要作用。课题组前期于甘蔗原始种割手密种中共鉴定到22个SWEET家族成员，其中SWEET13s（a, b, c）为复制基因。值得注意的是，SWEET13c的表达量从叶基部到叶尖增加了1001倍，这与随着叶片成熟光合强度的变化是一致的。在昼夜循环中，SWEET13c也呈现为昼夜节律性表达模式，分别在6:00和18:00达到最大值和最小值。以上结果表明SWEET13c是参与甘蔗割手密糖分从源到库运输的关键候选基因(Hu et al., 2018)。在本研究中，拟南芥异源表达实验结果表明SsSWEET13c的过表达会导致拟南芥叶片含糖量降低、根系伸长及鲜重增加（图1）。此外，酵母单杂交实验表明，在割手密种中共有20个潜在的转录因子可以结合到SsSWEET13c启动子区域（图2）。结合转录组数据分析，我们发现共有14个转录因子的表达模式相较于SsSWEET13c呈现为正/负相关。在源组织中，SsSWEET13c的表达主要受SsbHLH34、SsTFIIIA-a、SsMYR2、SsRAP2.4和SsbHLH035正调控，而受SsABS5、SsTFIIIA-b和SsERF4负调控。在昼夜节律中，我们注意到SsSWEET13c的表达水平在上午比下午更高。这可能是由于夜间糖积累水平较高，这一过程中SsSWEET13c的表达可能受SsbZIP44的负调控和SsbHLH34的正调控。此外，在库组织中，SsSWEET13c也具有糖积累活性，这一过程中SsSWEET13c的表达可能受SsbZIP44、SsTFIIIA-b、SsbHLH34和SsTFIIIA-a正调控，受SsERF4、SsHB36、SsDEL1和SsABS5负调控。基于上述结果我们构建了SsSWEET13c的基因调控网络（图3），研究结果为探究SWEET13c在甘蔗割手密种糖转运和生物量形成中的功能和分子机制提供了新的思路。
广西大学博士后华秀婷、福建农林大学海峡联合研究院基因组中心已毕业硕士生沈翘楚和李艺寒为论文共同第一作者，福建农林大学海峡联合研究院基因组中心张积森教授为论文的通讯作者。福建农林大学海峡联合研究院基因组中心已毕业硕士生周栋、硕士生张哲、博士后Sehrish Akbar和福建师范大学王正朝教授参与了该研究。该研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、广东省科技基金、广西科技重大专项、广西大学甘蔗专项科研项目、福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心等项目资助。
Fig. 1 The measurement of sugar contents, root length and fresh weight for wild-type and 35S:SsSWEET13c Arabidopsis plants.
(a) sugar contents. (b) root length (7-day old). (c) root phenotype (7-day old). (d) fresh weight (15-day old). (e) plant phenotype (15-day old). *, p<0.05. **, p<0.01. ***, p<0.001. ****, p<0.0001.
Fig. 2 Analyses of the transcription factors (TFs) binding to the SsSWEET13c upstream region.
(a) Schematic representation of the SsSWEET13c upstream region divided into five fragments (F0 to F4) that were used as baits in the yeast one-hybrid (Y1H) screening, and the TFs identified. Positions of the SsSWEET13c start codon (ATG) are indicated. (b) The One-to-One Yeast hybrid results for nine TFs binding to promoter of SsSWEET13c. 100: original yeast solution, 10-1: diluted by 10 times, 10-2: diluted by 100 times, 10-3: diluted by 1000 times.
Fig. 3 The proposed model of expression and regulation of transcription factors (TFs) binding to the promoter of SsSWEET13c in developmental leaves, circadian rhythm and different stems of Saccharum spontaneum.
文章链接：https://doi.org/10.1186/s12870-022-03749-9
相关文献：
[1] Hu W, Hua X, Zhang Q, Wang J, Shen Q, Zhang X, Wang K, Yu Q, Lin YR, Ming R et al: New insights into the evolution and functional divergence of the SWEET family in Saccharum based on comparative genomics. BMC Plant Biol 2018, 18(1):270.
文字编辑：李艺寒
图文排版：王宇浩
校 正：李艺寒
