果實(shí)糖積累決定甜度和風(fēng)味，影響次生代謝和抗逆性能。肉質(zhì)果實(shí)通過(guò)韌皮部篩管-伴胞復(fù)合體將光合葉片中的糖長(zhǎng)距離運(yùn)輸至漿果，并在漿果維管束韌皮部伴胞卸載，最終將糖貯存于中果皮細(xì)胞液泡中。

 

　　糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)果實(shí)糖積累。目前，不同類(lèi)型糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能已在多種植物的源器官中得到較深入的研究，而果實(shí)中糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與糖積累的背后分子機(jī)制卻少有系統(tǒng)解析，且果實(shí)發(fā)育過(guò)程中糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制未見(jiàn)報(bào)道。葡萄果實(shí)的高糖含量經(jīng)過(guò)數(shù)千年馴化，使其成為探討植物碳匯能力的潛在模式器官。

 

　　中國(guó)科學(xué)院植物研究所團(tuán)隊(duì)以葡萄為研究對(duì)象，探究了糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白VvSWEET15功能及其轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，揭示了轉(zhuǎn)錄因子VvERF105和VvNAC72在漿果成熟過(guò)程中如何協(xié)同調(diào)控VvSWEET15的時(shí)空表達(dá)。研究表明，VvSWEET15在轉(zhuǎn)色階段高度表達(dá)，促進(jìn)己糖在漿果中的快速積累。VvERF105作為抑制因子，在轉(zhuǎn)色前結(jié)合啟動(dòng)子上的LTR核心元件，抑制VvSWEET15的表達(dá)，從而限制己糖積累；而VvNAC72則在轉(zhuǎn)色后通過(guò)結(jié)合啟動(dòng)子中的CACATG元件激活VvSWEET15的表達(dá)，加速糖分積累。這種轉(zhuǎn)錄激活與抑制的動(dòng)態(tài)平衡精確調(diào)控了葡萄果實(shí)的糖代謝，為高糖積累提供了保障。

 

　　進(jìn)一步，研究利用葡萄果實(shí)的瞬時(shí)遺傳轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化番茄驗(yàn)證VvSWEET15功能。研究確認(rèn)了VvSWEET15在促進(jìn)葡萄糖和果糖積累中的關(guān)鍵作用，發(fā)現(xiàn)了VvSWEET15的過(guò)表達(dá)顯著提高了番茄果實(shí)中葡萄糖和果糖含量，為VvSWEET15在多種作物中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，外源葡萄糖和果糖處理明顯增強(qiáng)了VvSWEET15表達(dá)，表明糖水平可能反饋調(diào)節(jié)VvSWEET15基因的表達(dá)，優(yōu)化糖積累過(guò)程。VvSWEET15在擬南芥、水稻和柑橘等模式植物和經(jīng)濟(jì)作物中的同源基因轉(zhuǎn)運(yùn)蔗糖，而VvSWEET15在葡萄中主要轉(zhuǎn)運(yùn)己糖。這一差異或反映了SWEET家族基因在植物進(jìn)化過(guò)程中功能的多樣化。

 

　　上述研究為解析葡萄漿果中高己糖積累的機(jī)制提供了重要線索，并為果實(shí)品質(zhì)改良提供了理論依據(jù)。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子及糖運(yùn)輸基因的調(diào)控，有望開(kāi)發(fā)出高糖優(yōu)質(zhì)果實(shí)新品種，為開(kāi)發(fā)適應(yīng)性更強(qiáng)、品質(zhì)更高的作物品種開(kāi)辟新途徑。

 

　　12月18日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《植物細(xì)胞》（The Plant Cell）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。