雜交稻蔗糖-質(zhì)子同向共運(yùn)體基因家族時空表達(dá)差異研究.pdf

1、蔗糖是有機(jī)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹饕问?，由植物蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(Sucrose Transporter，SUT)或蔗糖/質(zhì)子同向共運(yùn)體(Sucrose/H<'+> symporter)介導(dǎo)的蔗糖次級主動運(yùn)輸是一種質(zhì)子協(xié)同運(yùn)輸，它能使蔗糖穿過質(zhì)膜的屏障進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。由于蔗糖是大多數(shù)植物通過韌皮部運(yùn)輸?shù)闹饕妓衔铮琒UT被認(rèn)為在參與植物碳素分配中起著重要的作用。細(xì)胞間蔗糖的轉(zhuǎn)運(yùn)是控制同化物分配及作物產(chǎn)量的關(guān)鍵控制步驟。自從1992年，Riesmeier等

2、首次從菠菜中鑒定出了第一個蔗糖載體的cDINA克隆SoSUT1以后，人們對植物蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的研究取得了較大的進(jìn)展。編碼SUT蛋白的基因在許多高等植物中都已經(jīng)被分離出來，SUT是由12個跨膜α-螺旋和1個高度保守的結(jié)構(gòu)域組成，所有SUT的轉(zhuǎn)運(yùn)作用均依賴于質(zhì)膜H<'+>/ATPase所建立的跨膜質(zhì)子動力勢。 第一個在單子葉植物中被鑒定出來的蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)基因OsSUT1來自于水稻。迄今已經(jīng)在水稻中鑒定出了5個SUT基因家族成員，并依據(jù)其序列

3、推導(dǎo)出了它們的蛋白質(zhì)性質(zhì)。Aoki等(2003)還利用RT-PCR、Northem雜交技術(shù)及酵母異源表達(dá)系統(tǒng)研究了蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)體基因家族的5個成員在水稻(粳稻)中的表達(dá)隋況，但每個成員的具體生理意義尚不完全清楚。 本文以國審優(yōu)質(zhì)雜交稻“富優(yōu)1號”、其不育系Ⅱ32-A、保持系Ⅱ32-B、恢復(fù)系偏粳型21號，以及另外10個F1代雜交稻種(國豪國香12、岡優(yōu)364、K優(yōu)130、Ⅱ優(yōu)602、渝優(yōu)6號、宜香725、為天9號、D優(yōu)13、D優(yōu)11

4、、B優(yōu)840)為材料，利用半定量RT-PCR技術(shù)研究了各個材料的表達(dá)譜。旨在揭示5個OsSUTs在雜交稻中的時空表達(dá)情況，以及雜交稻各組合之間、雜交稻各組合與常規(guī)稻(粳稻)之間的表達(dá)差異，為進(jìn)一步探索雜交稻高產(chǎn)的同化物分配和運(yùn)輸?shù)姆肿訖C(jī)制奠定基礎(chǔ)。 研究結(jié)果表明： 1、OsSUT2在幼葉、幼根、源葉、庫葉、源葉鞘、庫葉鞘、花序、萌動種子以及開花后不同天數(shù)的穎果(DAF1、DAF2、DAF3、DAF5、DAF7、DAF10

5、、DAF15、DAF20)都有較強(qiáng)并且大致相同的表達(dá)，說明OsSUT2是“富優(yōu)1號”雜交稻植株各部位中同化物轉(zhuǎn)運(yùn)的主要而普遍的蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)體。 2、OsSUTs家族其他4個SUT基因家族成員的表達(dá)譜十分復(fù)雜。OsSUTl，OsSUT3～5在各個組織中有不同程度的表達(dá)。OsSUTl主要在幼葉、源葉鞘、庫葉鞘、花序中表達(dá)，在源葉中有微弱表達(dá)，在開花后不同成熟度的穎果中沒有表達(dá)，說明OsSUTl可能不參與穎果成熟過程中的同化物轉(zhuǎn)運(yùn)，而是主要在源葉

6、、庫葉和花序的同化物轉(zhuǎn)運(yùn)中起作用；OsSUT3在幼葉、幼根、花序、DAF1、DAF2、DAF3、DAF5、DAF10、DAF15、DAb20有大致相同量的表達(dá)，在DAF7有微弱的表達(dá)，而在源葉、庫葉、源葉鞘、庫葉鞘、萌動的種子沒有檢測到表達(dá)，說明OsSUT3主要在生殖器官(花序和不同成熟度的穎果)中起作用；OsSUT4在幼葉、幼根、庫葉、源葉鞘、庫葉鞘、花序、DAF3、DAF7有大致相同的較強(qiáng)表達(dá)，在源葉、萌動種子、DAF1、DAF5中

7、有微弱表達(dá)，隨著穎果的成熟其表達(dá)水平逐漸降低或消失的趨勢，初步表明OsSUT4主要在營養(yǎng)器官和生殖生長初期表達(dá)；OsSUT5主要在幼葉、花序和穎果中表達(dá)，在源葉、庫葉、源葉鞘、庫葉鞘中無表達(dá)或表達(dá)極弱。OsSUT1，OsSUT3～5在各個部位中表達(dá)程度的不同，可能與室外盆缽栽培過程中環(huán)境因子的波動變化有關(guān)。 “富優(yōu)1號”的表達(dá)情況與Aoki等(2003)在常規(guī)稻(粳稻)中的研究結(jié)果基本吻合，但他們研究得出的OsSUT1在萌動種子

8、和開花后穎果中的表達(dá)特征與本研究的結(jié)果有明顯差異：在“富優(yōu)1號”萌動的種子中OsSUT1不表達(dá)，主要是OsSUT2表達(dá)，而Aoki等在粳稻中的研究表明OsSUT1和OsSUT2都有表達(dá)；“富優(yōu)1號”O(jiān)sSUT1在開花后3天的花序中有高水平的表達(dá)但在開花后的穎果中都不表達(dá)，而他們的研究結(jié)果表明OsSUT1在開花后3-15天卻有表達(dá)。另外，OsSUT3～5的表達(dá)模式也與他們的結(jié)果不盡相同。這是否是雜交稻與常規(guī)稻的差異，還有待于擴(kuò)大雜交組合的

9、數(shù)量進(jìn)行深入研究。 3、“富優(yōu)1號”三系的幼根和幼葉中均只有OsSUT2有強(qiáng)勢表達(dá)，基因家族的其它成員表達(dá)極弱或不表達(dá)。 OsSUT1在保持系幼根、OsSUT3在不育系幼葉及恢復(fù)系幼葉、OsSUT4在恢復(fù)系幼葉中有極其微弱的表達(dá)，OsSUT1、OsSUT3、OsSUT4在其它部位沒有表達(dá)；OsSUT5在三系的幼葉和幼根中都沒有表達(dá)。 4、OsSUTs基因家族成員在不同F(xiàn)1代雜交稻的幼葉和幼根中的表達(dá)模式極為相似。

10、OsSUT2在所有F1代雜交稻的幼葉、幼根都有較高水平的表達(dá)，而OsSUTs基因家族其它成員的表達(dá)水平極低，無明顯規(guī)律，這可能是不同雜交F1代的組合差異所致。 5、“富優(yōu)1號”雜交組合三系幼葉、幼根、及其室外盆缽栽培整個生育期不同時空，乃至10個不同雜交F1代種幼葉和幼根的OsSUT1～5的半定量RT-PCR分析均表明，OsSUT2是雜交稻種植株不同部位普遍而強(qiáng)勢表達(dá)的基因成員。 綜上所述，OsSUT2是雜交稻所有部位中