拟南芥AtSUC家族冗余成员对逆境的响应及调节机制研究

蔗糖是植物光合产物运输和分配的主要形式，其运输与分配和膜上的蔗糖转运蛋白（SUC）家族有关。AtSUC家族在正常条件下存在功能冗余，一些成员的敲除并不引起表现型的明显变化，但在逆境下却上调表达，表明与植物的抗逆性有关。因此，本课题拟以拟南芥为材料，利用基因敲除技术和转基因技术，获得AtSUC纯合突变体、过表达转基因植株；观察和测定野生型和上述材料在低温、干旱和盐碱胁迫下的基因表达、蔗糖运输和分配、发育和形态方面的变化；并结合生物信息学和启动子缺失分析技术鉴定AtSUC基因家族成员的逆境响应元件，最终确定AtSUC基因家族冗余成员在逆境下的作用和表达模式。从而在分子水平上阐明AtSUC基因家族冗余成员表达的调节机制，为研究在逆境条件下蔗糖运输和分配的调节机制提供新思路和理论依据，也为利用转基因技术提高植物在逆境条件下的同化物运输和分配效率从而提高作物产量提供参考。

植物体内蔗糖从“源”到“库”的转运过程主要依赖于蔗糖转运蛋白。蔗糖转运蛋白由多基因家族编码，其表达模式受许多生物和非生物因子的调控。在利用基因芯片分析的基础上，以拟南芥野生型和利用以T-DNA敲除技术获得的atsuc3、atsuc4、atsuc9单基因纯合突变体植株为试材，研究盐胁迫下三种基因的表达模式，比较三种突变体和野生型在盐胁迫条件下蔗糖含量和蔗糖分解酶活性变化，从而了解盐胁迫下拟南芥蔗糖转运蛋白不同亚族的功能。. AtSUC9对光合产物在干旱胁迫下的运输起一定的作用，进而调控花期、影响胚发育及种子中糖分的积累等过程。AtSUC3对盐和低温胁迫蔗糖的运输和分配起一定的作用。盐胁迫下，AtSUC3在胚发育及种子糖分积累中发挥一定的作用，而AtSU55在低温胁迫下对AtSUC3有一定的补偿作用。.在盐及干旱胁迫下，野生型和突变体的萌发率均随着处理浓度的增大而减小，随天数增加萌发率增加。盐胁迫下，AtSUC4、AtSUC9缺失会影响蔗糖的运输，降低拟南芥种子萌发率；AtSUC4缺失还会使根的生长受抑制。干旱胁迫下，AtSUC3可能使蔗糖的运输与分配受阻，抑制种子萌发，而AtSUC4则通过促进蔗糖的运输与分配而有利于种子的萌发与根的生长，与AtSUC4在盐胁迫下的作用相同。.叶片中AtSUC3、AtSUC4和AtSUC9三种蔗糖转运蛋白均具有外运蔗糖的能力，根中AtSUC3、AtSUC4和AtSUC9三种蔗糖转运蛋白均具有内运蔗糖的能力。盐胁迫三天、六天和九天时野生型叶片和根中的A他SUC3、AtSUC4和AtSUC9的表达均被不同程度诱导。其中叶片中AtSUC4和AtSUC9对盐胁迫下的蔗糖外运起主要作用，且AtSUC4作用最大，AtSUC3的外运能力不明显。胁迫三天、六天时根中的AtSUC4对蔗糖内运的作用最大，其次是AtSUC9，但当胁迫九天时，AtSUC3的表达显著增加，起主要作用。根中的酸性转化酶活性随着胁迫以及不同突变体蔗糖内运力的不同而不同，其对根中的蔗糖分解，防止蔗糖积累从而抑制蔗糖运输有重要作用。