Plant Cell | 中科院植物所梁振昌研究组揭示葡萄浆果糖积累的调控新机制

学术 2024-12-23 09:03 湖北

果实中的糖积累不仅决定了甜度和风味，还影响了次生代谢和抗逆性能，是果实品质和经济价值的核心要素。肉质果实（葡萄、苹果和番茄等）通过韧皮部筛管-伴胞复合体（SE/CC）将光合叶片中的糖长距离运输至浆果，并在浆果维管束韧皮部伴胞（CCs）卸载，最终将糖贮存于中果皮细胞液泡中。糖转运蛋白作为关键的“守门员”，介导果实糖积累。目前，不同类型糖转运蛋白的功能已在多种植物的源器官（如叶片）中得到了较深入的研究，然而，果实中糖转运蛋白参与糖积累的背后分子机制却少有详尽系统地解析，且果实发育过程中糖转运蛋白的动态转录调控机制也未见报道。

葡萄（Vitis vinifera L.）作为一种全球重要的果实经济作物，其果实的高糖含量经过数千年的驯化，不仅使其成为酿酒的理想原料，还可能使其成为探究植物碳汇能力的潜在模式器官。

近日，中国科学院植物研究所葡萄与葡萄酒科学研发团队在The Plant Cell发表了题为The transcription factors ERF105 and NAC72 regulate expression of a sugar transporter gene and hexose accumulation in grape的研究论文。该研究以葡萄这一重要果实经济作物为研究对象，深入探究了糖转运蛋白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（véraison）阶段高度表达，促进己糖在浆果中的快速积累。VvERF105作为抑制因子，在转色前结合启动子上的LTR核心元件（CCGAAA），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，精确地调控了葡萄果实的糖代谢，为高糖积累提供了保障。

此外，团队进一步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。不仅确认了VvSWEET15在促进葡萄糖和果糖积累中的关键作用，而且发现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基因的表达一步优化糖积累过程。此外，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，这一差异可能反映了SWEET家族基因在植物进化过程中功能的多样化。

综上所述，该研究不仅为解析葡萄浆果中高己糖积累的机制提供了重要线索，也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精确调控，未来有望开发出高糖优质果实新品种，为果实育种和农业经济发展提供新契机。此外，这些研究成果对其他果实作物同样具有参考价值，为开发适应性更强、品质更高的作物品种开辟了新途径。

转录因子调控VvSWEET15表达响应葡萄果实己糖积累模型

植物所博士后陆丽珍为论文第一作者，梁振昌研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、重点研发计划等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koae326

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