玉米的三个SWEET蔗糖转运蛋白旁系同源基因在韧皮部装载中的重要作用

原文以 Impaired phloem loading in genome-edited triple knock-out mutants of SWEET13 sucrose transporters为标题发表在2017年10月6日的bioRxiv上，原文作者Margret Bezrutczyk等
译：毅
 
作物产量依赖于蔗糖从叶片到籽粒的有效分配。在拟南芥中，韧皮部装载（Phloem Loading）是通过SWEET蔗糖流（SWEET Sucrose Effluxers）以及随之的SUT1/SUC2蔗糖/H+协同转运子配合完成的。ZmSUT1对于玉米的碳分配至关重要，但其对质外体韧皮部装载以及易位途径所导致的蔗糖损失回收的贡献还不清楚。因此，研究者检测了玉米中SWEETs对韧皮部装载的重要性。
 
研究者们确认了三个基于叶片表达的SWEET蔗糖转运蛋白，它们在质外体韧皮部装载中发挥重要作用。尤其是，ZmSWEET13旁系同源体（a，b，c）是叶脉管系统表达量zui高的基因之一。经基因组编辑，三个基因敲除后的突变体明显发育不良。

 
野生型和突变体植株在生长发育（如株高）以及ZmSWEETs表达方面的差异

 
为了定量评估突变体在光合作用方面的受损情况，研究者采用LI-6800光合荧光自动测量系统评价野生型和突变体玉米植株在光合速率方面的差异。实验在温室条件下进行：温度28℃；光合有效辐射1000μmol/m²/s；相对湿度60%。

 LI-6800光合荧光自动测量系统

 
结果发现，突变体的光合作用受损，叶片积累淀粉和可溶性糖。转录组测序（RNA-seq）表明，突变体存在显著的与光合器官和碳水化合物代谢相关基因的异常转录。GWAS分析表明，ZmSWEET13s旁系同源体与作物的农艺性状有关，尤其会影响开花时间和叶片角度。

 
野生型和突变体植株在叶片淀粉以及可溶性糖累积间的差别

 
实验证实，ZmSWEET13旁系同源体（a，b，c）和ZmSUT1在韧皮部装载过程中存在合作。研究者认为，试图通过生物工程措施提高作物产量时，可以将其作为重点候选对象。