杨树蔗糖转运体基因 PagSUT4 的鉴定及功能分析

目的植物蔗糖转运体SUTs参与蔗糖由源组织到韧皮部的装载、韧皮部的运输和由韧皮部到库组织的卸载过程，对植物生长发育至关重要。本研究通过在杨树中超表达 PagSUT4 基因（GenBank登录号：KX545405）并分析转基因株系的表型，探讨 PagSUT4 在杨树糖转运、光合作用和次生生长中的作用。 方法利用同源基因克隆技术，克隆银腺杨 PagSUT4 基因；利用实时荧光定量PCR技术，分析银腺杨 PagSUT4 基因在根、幼叶、成熟叶、初生茎、次生茎、雄花和雌花及木质部、韧皮部中的表达。通过在烟草叶片瞬时转化 35S ： YFP - PagSUT4 ，对PagSUT4的亚细胞定位进行分析。利用Gateway技术，将 PagSUT4 编码区序列重组进入PMDC32载体，从而构建 35S：PagSUT4 载体。利用农杆菌介导法转化银腺杨，并选取 PagSUT4 表达量较高的2个转基因株系用于表型分析。对在温室生长2个月的转基因株系和对照植株的株高、地径、净光合速率、胞间CO 2 浓度、气孔导度和蒸腾速率进行测定。此外，通过组织切片对转基因和对照植株的第7节间的解剖学特征进行分析。 结果 PagSUT4 基因编码的蔗糖转运蛋白定位于液泡膜。 PagSUT4 基因在各组织中均有表达，并在成熟叶、次生茎、韧皮部和花中具有较高表达。基于实时荧光定量PCR分析，确认获得13个 PagSUT4 超表达株系，其 PagSUT4 在叶片中的表达量均显著高于对照。2个 PagSUT4 超表达株系（S1和S12）的气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率均高于对照，而其胞间CO 2 浓度低于对照；净光合速率显著高于对照，分别高出24%和21%；与对照相比，株高分别增加22%和17%，地径分别增加9%和7%。茎解剖分析发现，2个 PagSUT4 超表达株系第7节间木质部宽度与对照株系相比分别增加32%和21%。 结论 PagSUT4 基因主要在成熟叶、次生茎和韧皮部及花中发挥作用。杨树超表达 PagSUT4 可能通过促进叶片中糖的外运和茎中糖的运输与卸载，提高蔗糖在源端的装载及在库端的卸载效率进而对光合作用产生正反馈效应。光合作用的增强和茎中蔗糖卸载效率的增加，促进杨树的高生长和径向生长（次生木质部发育）。