高蔗糖转运能力蛋白AtSUC4在植物体内的生理效应及作用机制

通过基因序列分析AtSUC4是拟南芥唯一一种具有高转运能力特性的蔗糖转运蛋白，由于正常条件下其突变体无明显的生长表型等原因，目前尚不清楚植物体内该蛋白的蔗糖转运作用机制，因此严重阻碍了对植物体内高效蔗糖转运系统的深入认识。.申请人通过适当降低培养基的蔗糖浓度（不影响野生型生长），发现了Atsuc4突变体变得明显矮小的生长表型。在此重要发现的基础上，本项目拟观察和检测AtSUC4突变体、过表达和恢复突变体植株的生长、生理变化，从而明确AtSUC4体内的生理效应。通过研究AtSUC4的时空表达模式、AtSUC4各转基因植株的蔗糖含量、糖反应相关基因表达量变化以及通过RT-PCR、酵母双杂、拟南芥杂交等技术分析AtSUC4与低蔗糖转运能力SUT1亚族成员的互作机制，从而深入阐明AtSUC4体内的作用机制。本项目研究将为蔗糖转运机制、蔗糖转运蛋白的功能及互作等研究提供新的思路和重要的科学理论依据。

本项目主要结果如下：.1. 通过分析基因芯片数据发现：在高盐、渗透、低温和干旱处理期间，AtSUC2和AtSUC4表达量主要表现为显著上升；AtSUC1和AtSUC5在4种胁迫处理期间，表达量均主要表现为显著下降；AtSUC3表达量仅在处理的个别时间发生明显变化。.2. 利用qRT-PCR技术分析在高盐、渗透、低温和干旱胁迫下拟南芥野生型（wild-type，WT）植株的AtSUC2和AtSUC4基因表达量变化，发现4种胁迫均诱导AtSUC2和AtSUC4基因的表达，表达量均显著高于对照。.3. 筛选Atsuc2-1、Atsuc2-3、Atsuc3、Atsuc4-1和Atsuc4-2的纯合突变体。.4. 在正常条件下，突变体与WT相比，在萌发和生长方面存在显著差异，表现在萌发率降低、叶片数和叶面积减少，主根长度变短。在高盐、渗透和低温胁迫下，突变体与WT在萌发率方面的差异更加明显。但是，随着胁迫时间的延长，突变体萌发率与WT的差异逐渐变小。.5. 在正常条件下，AtSUC2和AtSUC4突变体叶片中的蔗糖含量相近，均显著高于WT植株，根中的蔗糖含量相近，均显著低于WT植株。在高盐、渗透和低温胁迫下，WT叶片和根中蔗糖含量与正常条件相比均明显增加；突变体叶片中的蔗糖含量均显著高于WT，根中的蔗糖含量均显著低于WT，随着胁迫程度的增大，突变体与WT相比，叶片和根中蔗糖含量的差异均变为极显著。.6. 观察AtSUC3突变体中AtSUC2和AtSUC4基因在高盐、渗透、低温和干旱胁迫下的表达量变化，结果表明AtSUC3基因缺失降低了AtSUC2和AtSUC4表达量的增加。.7. 利用芯片数据和qRT-PCR技术研究发现外源ABA处理诱导AtSUC2和AtSUC4基因的高表达。进一步的研究发现AtSUC2和AtSUC4基因缺失提高了在种子萌发期和幼苗期植株对ABA的敏感性，例如种子萌发率降低、叶片数和叶面积减少以及主根长度变短；并且外源ABA处理引起叶片中蔗糖的大量积累，根中蔗糖含量显著下降，抑制蔗糖从源向库的运输。此外，AtSUC2和AtSUC4基因突变抑制一些ABA响应基因、ABFs上游及下游基因的表达。