中国科学院团队揭示葡萄浆果糖积累的分子调控机制
中国科学院团队揭示葡萄浆果糖积累的分子调控机制
中国科学院植物研究所团队在葡萄浆果糖积累机制研究方面取得重要进展。他们揭示了糖转运蛋白VvSWEET15的功能及其转录调控机制，为培育高糖优质果实新品种提供了理论依据。
果实糖积累不仅决定着甜度和风味，还影响着次生代谢和抗逆性能。在肉质果实中，糖分通过韧皮部筛管-伴胞复合体从光合叶片长距离运输至浆果，并在浆果维管束韧皮部伴胞卸载，最终贮存于中果皮细胞液泡中。这一过程中，糖转运蛋白发挥着关键作用。
图片来源：123RF
最近，中国科学院植物研究所团队以葡萄为研究对象，探究了糖转运蛋白VvSWEET15功能及其转录调控机制，揭示了转录因子VvERF105和VvNAC72在浆果成熟过程中如何协同调控VvSWEET15的时空表达。研究表明，VvSWEET15在转色阶段高度表达，促进己糖在浆果中的快速积累。相关研究成果已经发表在《植物细胞》（The Plant Cell）上。
研究发现，VvERF105作为抑制因子，在转色前结合启动子上的LTR核心元件，抑制VvSWEET15的表达，从而限制己糖积累；而VvNAC72则在转色后通过结合启动子中的CACATG元件激活VvSWEET15的表达，加速糖分积累。这种转录激活与抑制的动态平衡精确调控了葡萄果实的糖代谢，为高糖积累提供了保障。
进一步，研究利用葡萄果实的瞬时遗传转化和稳定遗传转化番茄验证VvSWEET15功能。研究确认了VvSWEET15在促进葡萄糖和果糖积累中的关键作用，发现了VvSWEET15的过表达显著提高了番茄果实中葡萄糖和果糖含量，为VvSWEET15在多种作物中的应用奠定了基础。
同时，外源葡萄糖和果糖处理明显增强了VvSWEET15表达，表明糖水平可能反馈调节VvSWEET15基因的表达，优化糖积累过程。VvSWEET15在拟南芥、水稻和柑橘等模式植物和经济作物中的同源基因转运蔗糖，而VvSWEET15在葡萄中主要转运己糖。这一差异或反映了SWEET家族基因在植物进化过程中功能的多样化。
上述研究为解析葡萄浆果中高己糖积累的机制提供了重要线索，并为果实品质改良提供了理论依据。通过对转录调控因子及糖运输基因的调控，科学家在未来有望开发出高糖优质果实新品种，新研究也为开发适应性更强、品质更高的作物品种开辟了新途径。
研究工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等的支持。
原始论文：
[1] The transcription factors ERF105 and NAC72 regulate expression of a sugar transporter gene and hexose accumulation in grape. The Plant Cell (2024）. https://doi.org/10.1093/plcell/koae326
本文原文来自中国科学院植物研究所