论文摘要
蔗糖是有机物质运输的主要形式，由植物蔗糖转运体（Sucrose Transporter，SUT）或蔗糖／质子同向共运体（Sucrose／H+symporter）介导的蔗糖次级主动运输是一种质子协同运输，它能使蔗糖穿过质膜的屏障进入细胞质。由于蔗糖是大多数植物通过韧皮部运输的主要碳水化合物，SUT被认为在参与植物碳素分配中起着重要的作用。细胞间蔗糖的转运是控制同化物分配及作物产量的关键控制步骤。自从1992年，Riesmeier等首次从菠菜中鉴定出了第一个蔗糖载体的cDNA克隆SoSUT1以后，人们对植物蔗糖转运体的研究取得了较大的进展。编码SUT蛋白的基因在许多高等植物中都已经被分离出来，SUT是由12个跨膜α-螺旋和1个高度保守的结构域组成，所有SUT的转运作用均依赖于质膜H+／ATPase所建立的跨膜质子动力势。第一个在单子叶植物中被鉴定出来的蔗糖转运基因OsSUT1来自于水稻。迄今已经在水稻中鉴定出了5个SUT基因家族成员，并依据其序列推导出了它们的蛋白质性质。Aoki等（2003）还利用RT-PCR、Northern杂交技术及酵母异源表达系统研究了蔗糖转运体基因家族的5个成员在水稻（粳稻）中的表达隋况，但每个成员的具体生理意义尚不完全清楚。本文以国审优质杂交稻“富优1号”、其不育系Ⅱ32-A、保持系Ⅱ32-B、恢复系偏粳型21号，以及另外10个F1代杂交稻种（国豪国香12、冈优364、K优130、Ⅱ优602、渝优6号、宜香725、为天9号、D优13、D优11、B优840）为材料，利用半定量RT-PCR技术研究了各个材料的表达谱。旨在揭示5个OsSUTs在杂交稻中的时空表达情况，以及杂交稻各组合之间、杂交稻各组合与常规稻（粳稻）之间的表达差异，为进一步探索杂交稻高产的同化物分配和运输的分子机制奠定基础。研究结果表明：1、OsSUT2在幼叶、幼根、源叶、库叶、源叶鞘、库叶鞘、花序、萌动种子以及开花后不同天数的颖果（DAF1、DAF2、DAF3、DAF5、DAF7、DAF10、DAF15、DAF20）都有较强并且大致相同的表达，说明OsSUT2是“富优1号”杂交稻植株各部位中同化物转运的主要而普遍的蔗糖转运体。2、OsSUTs家族其他4个SUT基因家族成员的表达谱十分复杂。OsSUT1，OsSUT3～5在各个组织中有不同程度的表达。OsSUT1主要在幼叶、源叶鞘、库叶鞘、花序中表达，在源叶中有微弱表达，在开花后不同成熟度的颖果中没有表达，说明OsSUT1可能不参与颖果成熟过程中的同化物转运，而是主要在源叶、库叶和花序的同化物转运中起作用；OsSUT3在幼叶、幼根、花序、DAF1、DAF2、DAF3、DAF5、DAF10、DAF15、DAF20有大致相同量的表达，在DAF7有微弱的表达，而在源叶、库叶、源叶鞘、库叶鞘、萌动的种子没有检测到表达，说明OsSUT3主要在生殖器官（花序和不同成熟度的颖果）中起作用；OsSUT4在幼叶、幼根、库叶、源叶鞘、库叶鞘、花序、DAF3、DAF7有大致相同的较强表达，在源叶、萌动种子、DAF1、DAF5中有微弱表达，随着颖果的成熟其表达水平逐渐降低或消失的趋势，初步表明OsSUT4主要在营养器官和生殖生长初期表达；OsSUT5主要在幼叶、花序和颖果中表达，在源叶、库叶、源叶鞘、库叶鞘中无表达或表达极弱。OsSUT1，OsSUT3～5在各个部位中表达程度的不同，可能与室外盆钵栽培过程中环境因子的波动变化有关。“富优1号”的表达情况与Aoki等（2003）在常规稻（粳稻）中的研究结果基本吻合，但他们研究得出的OsSUT1在萌动种子和开花后颖果中的表达特征与本研究的结果有明显差异：在“富优1号”萌动的种子中OsSUT1不表达，主要是OsSUT2表达，而Aoki等在粳稻中的研究表明OsSUT1和OsSUT2都有表达；“富优1号”OsSUT1在开花后3天的花序中有高水平的表达但在开花后的颖果中都不表达，而他们的研究结果表明OsSUT1在开花后3-15天却有表达。另外，OsSUT3～5的表达模式也与他们的结果不尽相同。这是否是杂交稻与常规稻的差异，还有待于扩大杂交组合的数量进行深入研究。3、“富优1号”三系的幼根和幼叶中均只有OsSUT2有强势表达，基因家族的其它成员表达极弱或不表达。OsSUT1在保持系幼根、OsSUT3在不育系幼叶及恢复系幼叶、OsSUT4在恢复系幼叶中有极其微弱的表达，OsSUT1、OsSUT3、OsSUT4在其它部位没有表达；OsSUT5在三系的幼叶和幼根中都没有表达。4、OsSUTs基因家族成员在不同F1代杂交稻的幼叶和幼根中的表达模式极为相似。OsSUT2在所有F1代杂交稻的幼叶、幼根都有较高水平的表达，而OsSUTs基因家族其它成员的表达水平极低，无明显规律，这可能是不同杂交F1代的组合差异所致。5、“富优1号”杂交组合三系幼叶、幼根、及其室外盆钵栽培整个生育期不同时空，乃至10个不同杂交F1代种幼叶和幼根的OsSUT1～5的半定量RT-PCR分析均表明，OsSUT2是杂交稻种植株不同部位普遍而强势表达的基因成员。综上所述，OsSUT2是杂交稻所有部位中同化物转运的主要而普遍的蔗糖转运体；OsSUTs基因家族的其它成员的表达具有较大的波动性和不稳定性，可能是受环境因子的影响所致。OsSUT2可能是实现对杂交稻同化物转运进行人为控制的理想目标。