论文部分内容阅读
蔗糖是高等植物体内光合产物长距离运输的主要形式,它是种子等“库”器官生长发育的重要物质基础。因此,研究蔗糖在细胞和组织间的运输有重要意义。报道显示,高等植物体内重要的蔗糖转运蛋白主要为SUT和SWEET两大家族。它们分别承担对细胞外蔗糖的主动吸收以及将细胞内蔗糖向细胞外运输的任务。拟南芥的SWEET蛋白参与其体内以蔗糖或葡萄糖运输为基础的的逆境反应、植物与微生物的相互作用,特别是A1SWEET11/12/15对拟南芥胚及胚乳的发育有显著影响。表明SWEET蛋白在植物的多种生理活动中有不可缺少的作用。水稻中SWEET家族有21个成员,但它们中只有部分成员功能得到鉴定。水稻基因表达谱显示具有蔗糖运输能力的AtSWWET11的同源基因OsSWEET11和OsSWEET14在颖果形成时有较高的表达量,暗示它们在此过程中有重要作用。为此,我们选择这两个基因进行详细的功能研究。通过定量PCR分析以及对这两个基因的蛋白表达进行组织细胞定位及亚细胞定位研究,结合用CRISPR敲除和RNAi沉默来获得该基因的突变或沉默植株的生理指标的初步分析,我们获得以下结果:1.定量PCR分析表明OsSWEET11和OsSWEET14在水稻的根,叶和花序中均有表达,但OsSWEET11在发育的颖果中表达强烈。OsSWEET14虽然也在发育的颖果中表达,但其表达量相对较低。2.对OsSWEET11/14启动子融合GUS的材料染色结果进一步表明:与定量PCR结果相吻合,OsSWEET11在灌浆期间颖果的胚珠维管束,珠心表皮细胞等处表达强烈。此外,OsSWEET11和OsSWEET14在水稻侧根原基部位也有一定程度的表达。烟草叶片中瞬时表达显示它们均是质膜定位蛋白。3.CRISPR敲除目的基因后,OsSWEET11突变体水稻株系表现为结实率下降、灌浆缓慢并且不充分、种子成熟后表面皱缩、千粒重下降等表型。敲除和沉默OsSWEET14对水稻种子的发育和形成方面无显著影响,但突变体的侧根发育受到了一定的影响。综上所述,我们对水稻SWEET家族蛋白OsSWEET11/14的初步研究表明,OsSWEET11在水稻灌浆期颖果的发育中有重要作用;OsSWEET14则对水稻侧根的发育有一定的影响。结合将来在水稻细胞内对其蔗糖和葡萄糖运输功能的验证以及对水稻发育过程中突变体及对照胚囊内蔗糖和淀粉含量的测定和比较,这些研究有望阐明OsSWEET11/14的生理作用及其详细机理,为培育优质高产水稻品种提供理论基础。