百合SUTs在小鳞茎源库转变中的生理及基因功能

Surcrose, who is closely connected with buld dormancy breaking, growth and the quality of cut-flower, is the main photoassimilates who exist in symplastic and apoplastic transport in lily, relys on sucrose transporters (SUT) to the membrane and partition. At present, the functions of SUTs in lily and its indirect effection on starch metabolism are indeterminate, as well as how to control transportation and distribution of sucrose. Based on the close relationship between sucrose metabolism and the bulblet development, we clone SUT family genes of lily first by bulb cDNA library and degenerate primer-PCR, and analysis the ablity of transporting sucrose in vivn by transformed yeast who expresses recombined vestor with SUTs. In situ hybridization and immunohistochemistry are applicated to analyze the position and distribution in the leaf and the bulb of lily. Real-Time PCR and western blotting are applicated to analyze the relationships between transcription and translation level changes of SUTs and carbohydrates in different source-sink organs during bulblet development. The genic and physiological functions of SUTs during bulblet development are generally elucidated for providing theoretical practical basis to clarify sucrose and starch metabolic mechanisms, and to produce high quality bulbs.

蔗糖是百合同化物运输的主要形式，对百合鳞茎休眠解除、生长发育及切花品质都有直接的影响，而蔗糖的跨膜运输及体内分配需依赖于膜上的蔗糖转运蛋白（surcrose transporter，SUT）。目前，百合SUT基因的功能如何调控蔗糖运输、分配及间接影响淀粉代谢尚不清楚。本研究在明确小鳞茎发育与蔗糖代谢密切相关的基础上，通过克隆百合SUT家族基因，采用异源酵母表达分析转运蔗糖的能力；应用原位杂交、组织免疫等分子生物学方法分析其在百合叶及鳞茎中的位置、分布；应用Real-Time PCR、western blotting等方法分析小鳞茎发育、生长进程中不同源库中其在转录水平、翻译水平变化与碳水化合物的变化关系，明确它在小鳞茎形成及生长发育过程中的基因和生理功能，为阐明百合鳞茎中蔗糖及淀粉的代谢机制提供理论基础，同时为生产优质种球提供实践依据。

百合是世界著名观赏花卉之一，可作花卉装饰、盆栽、鲜切花，也可以入药和食用。百合鳞茎是库源的复合体，淀粉为主要贮藏物质。鳞茎内淀粉合成和降解与蔗糖有着密切关系。植物中的蔗糖转运蛋白对蔗糖的装载、运输和分配起到重要的调控作用。本研究以鳞片扦插繁殖小鳞茎为基础，应用分子生物学技术明确小鳞茎在库源转换过程中蔗糖转运蛋白的基因与生理功能，同时为生产优质种球提供实践依据。研究结果如下：.激素影响百合小鳞茎的发育进程。IBA可增加单位鳞片小鳞茎形成数，GA在小鳞茎增重方面更加明显。小鳞茎进程发育的不同，主要是因为在小鳞茎形成及膨大过程中，母鳞片内蔗糖代谢关键酶-SuSy、SAI和NI活性不同，基部酶活性高于中部，蔗糖及还原糖在母鳞片（源）中形成糖梯度差，促使糖份向小鳞茎萌动点（库）运输。.本实验从百合鳞茎中克隆获得了三个LdSUT基因的cDNA全长，命名为LdSUT1、LdSUT3和LdSUT5，长度分别为1640bp、1630bp和2002bp；编码497、517与536个氨基酸。与猕猴桃、水稻、油棕、甘蔗、葡萄、玉米多年生黑麦草同源性约为70%-73%；系统进化树分析可知LdSUT1属SUT亚族，LsSUT3、和LsSUT5同属SUT2亚族。三个蛋白都具有GPH-蔗糖超家族结构域，LdSUT1和LdSUT3具有12个跨膜结构域而LsSUT5具有11个跨膜结构域。通过启动子分析软件PlantCARE和PLACE预测发现启动子序列中含有多个保守的结构域TATA-box 以及CAAT-box，同时在SUT序列中还含有大量的顺式作用元件，包括光应答元件G-box、Box 4、ATCT-motif、Sp1、TCCC-motif，生长素响应元件ABRE-box和TATC-box；Skn-1-motif、MBS和TGA-element等其他顺式元件。应用原位杂交技术将SUTs基因主要定位到叶片的表皮细胞和维管组织。.利用实时定量PCR技术对百合SUT家族基因表达差异进行研究。结果表明，在百合发育不同的时期、百合不同部位上SUT基因表达模式具有明显差异。SUT1较SUT5与SUT3在出苗期及现蕾期相关表达量较高，SUT1为茎及鳞茎盘为主要调节蔗糖转运的蛋白基因。小鳞茎发育过程中，兰州百合SUT1，3，5基因表达水平较高，协调调节蔗糖的运输，而东方百合‘索邦’中SUT5可能为主要调节蔗糖