呂東 李丹丹 徐汝聰

摘要：蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因（SUTs）的表達(dá)在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)與分配途徑中起著至關(guān)重要的作用。由粳米生產(chǎn)的稻米具有良好的適口性，其市場(chǎng)需求量也越來越大，在稻米生產(chǎn)過程中，灌漿期是決定水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的重要時(shí)期。由此可見，研究粳稻灌漿期蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因（OsSUTs）的表達(dá)可為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)粳稻品種的選育和栽培提供有價(jià)值的參考。以云南農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作研究所保育的粳稻品系為材料，研究粳稻灌漿期葉片、穗部中OsSUTs基因的表達(dá)特點(diǎn)。結(jié)果表明，在粳稻葉片中，OsSUT2基因的表達(dá)量最高，而其余4個(gè)基因的表達(dá)量由高到低排序依次為OsSUT4、OsSUT1、OsSUT5、OsSUT3。穗部不同基因表達(dá)量的排序基本與葉片中的相同，由高到低為OsSUT2、OsSUT4、OsSUT5、OsSUT1、OsSUT3，不同的是OsSUT5與OsSUT1表達(dá)量的排序位置發(fā)生了對(duì)調(diào)。對(duì)比葉片、穗部中OsSUTs基因的表達(dá)量發(fā)現(xiàn)，除OsSUT1基因在穗部中的表達(dá)量低于在葉片中的表達(dá)量外，其他4個(gè)基因（OsSUT2、OsSUT3、OsSUT4、OsSUT5）的表達(dá)量均是穗中高于葉片中。在葉片中，OsSUT3、OsSUT4、OsSUT5這3個(gè)基因間的相關(guān)性較高，呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;但在穗中，OsSUTs基因間的相關(guān)性都較高，而且都達(dá)到了極顯著正相關(guān)水平。研究結(jié)果可為人們深入認(rèn)識(shí)水稻OsSUTs基因的表達(dá)特點(diǎn)及指導(dǎo)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種生產(chǎn)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白;基因表達(dá);灌漿期;葉;穗;粳稻

中圖分類號(hào)：S511.01?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2020）20-0056-06

水稻（Oryza sativa）是全球重要的糧食作物，世界上有一半的人口以水稻為主食[1-2]。隨著國家稻米市場(chǎng)的開放及人民生活水平的提高，近年來人們對(duì)粳米的需求量與日俱增，國內(nèi)粳米供需矛盾突出[3]。2018年，全球粳米消費(fèi)量較2010年增長(zhǎng)了約6900萬t，增幅約為19%，全球粳米消費(fèi)量占大米總消費(fèi)量的比例由2010年的13%上升至2018年的14%。目前，我國仍為第一大粳米消費(fèi)國，2018年的粳米消費(fèi)量約為4200萬t，較2010年增加了約400萬t。因此，要保證粳米供給，必須擴(kuò)大粳稻生產(chǎn)能力，突破粳稻品種選育滯后的問題，培育高產(chǎn)、抗逆的粳稻新品種[4]。高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)粳稻品種的選育和生產(chǎn)離不開對(duì)粳稻遺傳和生理代謝等各方面的深入研究。

蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（sucrose transporter，簡(jiǎn)稱SUT）是協(xié)調(diào)植物中碳素分配的重要分子，在植物各個(gè)生長(zhǎng)階段的能量分配中起著至關(guān)重要的作用[5]。多個(gè)研究發(fā)現(xiàn)，SUTs基因之間通過相互協(xié)作或相互抑制來共同調(diào)節(jié)植物的生理代謝及生長(zhǎng)發(fā)育[6]。研究發(fā)現(xiàn)，沉默馬鈴薯（Solanum tuberosum）StSUT4基因，StSUT1基因呈現(xiàn)出過表達(dá)現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致馬鈴薯花期提前[7];對(duì)擬南芥（Arabidopsis thaliana）的AtSUT1基因進(jìn)行過表達(dá)發(fā)現(xiàn)，AtSUT2、AtSUT4基因的表達(dá)量相對(duì)下降[8]。此外，SUTs基因與植物的抗逆性也緊密相關(guān)。在對(duì)擬南芥AtSUT9基因進(jìn)行沉默處理后，發(fā)現(xiàn)擬南芥植株對(duì)鹽脅迫、滲透脅迫和低溫脅迫的抵抗能力顯著提高[9];對(duì)蘋果（Malus domestica）的MaSUT2基因進(jìn)行過表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)植株對(duì)鹽脅迫的抵抗力也明顯增強(qiáng)[10]。

目前，研究者在水稻中共鑒定出5個(gè)蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因（OsSUT1、OsSUT2、OsSUT3、OsSUT4、OsSUT5）[11]，其中對(duì)OsSUT1基因功能的研究較多，發(fā)現(xiàn)其在花粉發(fā)育、籽粒淀粉積累、灌漿速率、千粒質(zhì)量等多個(gè)方面都起著非常重要的作用[12-13]。Miyazaki等研究發(fā)現(xiàn)，水稻耐熱品種Genkitsukushi（暫無中文名稱）在水稻抽穗期的莖、成熟期的種子中的OsSUT1基因表達(dá)量要明顯高于其他熱敏品種，說明此基因表達(dá)量的上調(diào)可以提高水稻對(duì)高溫脅迫的抗性[14]。OsSUT2基因在水稻籽粒灌漿的過程中對(duì)有機(jī)物的轉(zhuǎn)運(yùn)起著重要作用，該基因突變會(huì)導(dǎo)致水稻農(nóng)藝性狀發(fā)生變化，如分蘗數(shù)減少，株高、千粒質(zhì)量及根部干質(zhì)量明顯下降等，而其過表達(dá)會(huì)抑制OsSUT4基因的表達(dá)。此外，OsSUT2基因表達(dá)量的上調(diào)還可明顯增強(qiáng)植株的抗旱和抗鹽能力[15]。OsSUT3、OsSUT4和OsSUT5基因?qū)Ψf果早期發(fā)育過程中的蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)起著一定的作用[11]。從表達(dá)模式上看，OsSUT3優(yōu)先在水稻花粉中表達(dá)，因此推測(cè)其可能影響花粉發(fā)育過程中的淀粉積累[12]。OsSUT5基因在庫組織中的表達(dá)量較高，與作物產(chǎn)量增加有關(guān)，抑制其表達(dá)會(huì)導(dǎo)致OsSUT1基因的表達(dá)量下調(diào)[16]。將OsSUT5基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯中發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯產(chǎn)量提高了1.9倍多，說明此基因還可以調(diào)節(jié)植物果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育[17]。

灌漿期是水稻生殖生長(zhǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，然而目前關(guān)于粳稻灌漿期OsSUTs基因表達(dá)特點(diǎn)的報(bào)道較少。本研究以云南農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作所保育的部分粳稻品種（系）為材料，通過分析粳稻品種（系）灌漿期OsSUTs基因在葉片、穗中的表達(dá)模式，為選育高優(yōu)、穩(wěn)產(chǎn)的粳稻品種及水稻碳水化合物在源庫流分配中的分子調(diào)控提供重要的參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

粳稻材料共30份，均由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作所保育。試驗(yàn)材料種植于云南省宜良市云南農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作所試驗(yàn)田，采用大田常規(guī)管理，同時(shí)取樣灌漿期的穗和綠色葉片，用液氮速凍后于-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 總RNA的提取 參照天根生化科技（北京）有限公司的RNA提取試劑盒說明書，用液氮預(yù)冷的鑷子取100 mg水稻材料放入1.5 mL離心管中，并在離心管中加入液氮，用滅菌的研磨棒將材料充分磨碎。研磨完畢后立即加入1 mL TRIzol，并振蕩混勻。將勻漿樣品在室溫下放置5 min，使核酸蛋白復(fù)合物完全分離，TRIzol、三氯甲烷的添加比例為1 mL ∶ 0.2 mL，蓋好管蓋后劇烈振蕩15 s，室溫放置3 min，然后于4 ℃、12 000 r/min離心 15 min;將上層無色液體轉(zhuǎn)移到新的離心管中，加入1 mL 75%乙醇洗滌沉淀，然后于4 ℃、5 000 r/min離心 3 min。倒出上部液體，將剩余的少量液體于 5 000 r/min 離心10 s，然后用槍頭吸出液體，將帶有沉淀的離心管室溫放置約2～3 min，再加入30～60 μL RNas-Free ddH2O，以充分溶解RNA。

1.2.2 cDNA的合成 根據(jù)TaKaRa逆轉(zhuǎn)錄試劑盒進(jìn)行cDNA的合成。第1步，在RNase-free的無菌PCR管中加入4 μL H2O（RNase free）、2 μL 5×gDNA Eraser Buffer、1 μL gRNA Eraser和提取的 3 μL 總RNA，4 ℃、5 000 r/min離心5 s，于42 ℃恒溫 2 min，然后立即轉(zhuǎn)移到冰上降溫處理1 min;第2步，在新的RNase-free的PCR管中加入4 μL H2O（RNase free）、4 μL Prime Script Buffer、1 μL RT Prime Mix、1 μL Prime Script RT Enzyme Mix和10 μL 第1步的RNA混合液，然后將其置于37 ℃恒溫處理15 min，隨后于85 ℃處理5 s，取出后保存在-80 ℃，備用。

1.2.3 qRT-PCR 使用筆者所在課題組前期研究設(shè)計(jì)的5對(duì)OsSUTs基因的定量引物進(jìn)行qRT-PCR試驗(yàn)，OsSUTs基因和內(nèi)參β-actin基因引物均由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。用SuperReal PreMix Plus[SYBR Green，天根生化科技（北京）有限公司]試劑盒及CFX96 Optical Reaction Module（美國伯樂公司）PCR儀進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR擴(kuò)增。反應(yīng)體系：12.5 μL 2×SuperReal PreMix Plus，1 μL cDNA，正、反向引物各1 μL，用RNase-free ddH2O補(bǔ)充總體積至25 μL。反應(yīng)程序：95 ℃ 10 min;95 ℃ 15 s，61 ℃ 1 min，40個(gè)循環(huán)。每個(gè)樣品獨(dú)立重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)在Excel軟件中采用2-△△CT法[18]進(jìn)行分析，表達(dá)量數(shù)據(jù)圖的繪制及相關(guān)性分析采用GraphPadPrism 8.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片和穗中OsSUTs基因在灌漿期的相對(duì)表達(dá)量

葉片的qRT-PCR結(jié)果表明，OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量最高，達(dá)到28.464，其次為OsSUT4、OsSUT1、OsSUT5，OsSUT3的相對(duì)表達(dá)量最低，為0.002;與其他4個(gè)基因相比，OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量是OsSUT1的28.464倍，OsSUT3的14 232倍，OsSUT4的3985倍，OsSUT5的9 488倍;OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量雖居第2，但卻明顯高于OsSUT1、OsSUT3、OsSUT5，分別是它們的7.142、3 571、2 381倍;OsSUT1的相對(duì)表達(dá)量位列第3，是OsSUT3的500.0倍，OsSUT5的333.3倍;在5個(gè)基因中OsSUT5與OsSUT3的相對(duì)表達(dá)量最接近，OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量?jī)H為OsSUT3的1.5倍（圖1-A）。

穗部OsSUTs的相對(duì)表達(dá)量最高的也為OsSUT2，達(dá)49.068，其次為OsSUT4，最低的是OsSUT3，相對(duì)表達(dá)量為0.057;與其他4個(gè)基因相比，OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量是OsSUT1的49.068倍，OsSUT3的860.842倍，OsSUT4的2.682倍，OsSUT5的9.640倍;穗部OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量也是排在第2位，為OsSUT1的18.297倍，OsSUT5的3595倍;OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量也較高，為OsSUT1的5090倍，OsSUT3的89.298倍，OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量?jī)H為OsSUT5的3595倍;與葉片中相似，OsSUT3的相對(duì)表達(dá)量最低，且與其他4個(gè)基因之間的差異極大（圖1-B）。

綜上可見，OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量在葉片、穗部均為最高，OsSUT1、OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量在葉片、穗部也都相對(duì)較高，并且排序也較一致，均為OsSUT2 > OsSUT4 > OsSUT1。在檢測(cè)的2個(gè)組織中，OsSUT3的相對(duì)表達(dá)量均為最低。有趣的是，OsSUT5在葉片中的相對(duì)表達(dá)量很低，但在穗部其相對(duì)表達(dá)量卻較葉片中有所提高，接近OsSUT2的10%，變化最明顯。

將葉片與穗部OsSUTs的相對(duì)表達(dá)量進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，由圖2可知，只有OsSUT1的相對(duì)表達(dá)量表現(xiàn)為葉片中高于穗部，前者約比后者高2.4倍，葉片中其余4個(gè)基因的相對(duì)表達(dá)量均低于穗部;OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量在葉片與穗部中的差異最大，穗部中的相對(duì)表達(dá)量是葉片中的1 176.44倍;OsSUT3和OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量在葉片中與穗中的差異也極明顯，穗部中OsSUT3的相對(duì)表達(dá)量是葉片中的108倍，穗部中OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量是葉片中的11.9倍;OsSUT2在葉片中和穗部中的相對(duì)表達(dá)量相對(duì)穩(wěn)定，穗部中OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量較葉片中僅增加了1.15倍。

以上結(jié)果表明，在5個(gè)OsSUTs中，OsSUT1～4的表達(dá)量在葉片中和穗中差異明顯，OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量在葉片和穗部中的差異很大。

2.2 OsSUTs相對(duì)表達(dá)量的相關(guān)性分析

由表1可以看出，在葉片中，OsSUT1的相對(duì)表達(dá)量與OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與OsSUT3、OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，但與OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量無顯著相關(guān)性;

OsSUT2 的相對(duì)表達(dá)量只與 OsSUT1 的相對(duì)表達(dá)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與其他3個(gè)基因的相對(duì)表達(dá)量無顯著相關(guān)性;OsSUT3的相對(duì)表達(dá)量與OsSUT1、OsSUT4、OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系，且與OsSUT5相對(duì)表達(dá)量的相關(guān)性最高，與OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量無顯著相關(guān)性;OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量與OsSUT3、OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與OsSUT1、OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量無顯著相關(guān)性;OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量與OsSUT1、OsSUT3、OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系，但與OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量無顯著相關(guān)性。

由表1還可以看出，穗部OsSUT1的相對(duì)表達(dá)量與OsSUT2、OsSUT3、OsSUT4、OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;OsSUT2的相對(duì)表達(dá)量與OsSUT1、OsSUT3、OsSUT4、OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，且與OsSUT5相對(duì)表達(dá)量的相關(guān)性最高;OsSUT3的相對(duì)表達(dá)量與OsSUT1、OsSUT2、OsSUT4、OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量與OsSUT1、OsSUT2、OsSUT3、OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;OsSUT5的相對(duì)表達(dá)量與OsSUT1、OsSUT2、OsSUT3、OsSUT4的相對(duì)表達(dá)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

綜上可見，這5個(gè)OsSUTs在穗中的表達(dá)量相互間具有極顯著的相關(guān)性，但是OsSUTs的相對(duì)表達(dá)量在葉片和穗部間的相關(guān)性不顯著（表2）。

3 討論與結(jié)論

3.1 灌漿期OsSUTs基因在葉片中的表達(dá)特點(diǎn)

植物體中蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是具有蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)活性的跨膜結(jié)構(gòu)蛋白，在植物生長(zhǎng)發(fā)育、生理代謝、蔗糖的運(yùn)輸和分配過程中起著關(guān)鍵作用，還可以通過識(shí)別蔗糖信號(hào)影響其他代謝途徑[19]。目前，人們從水稻中共鑒定出5個(gè)OsSUT基因，其中OsSUT1主要在韌皮部裝載及同化物運(yùn)輸過程中起關(guān)鍵作用[20]。OsSUT1是負(fù)責(zé)運(yùn)輸蔗糖的關(guān)鍵基因，在籽粒灌漿期間，葉片產(chǎn)生的同化產(chǎn)物需要以蔗糖的形式通過韌皮部進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸才能到達(dá)穗部，并且長(zhǎng)距離運(yùn)輸途徑并不集中在葉部，而是在整個(gè)植株中，因此OsSUT1在葉片中的表達(dá)量不會(huì)太高。本研究中，OsSUT1在灌漿期葉片中的表達(dá)量在5個(gè)OsSUT基因中處于中間水平，也能說明OsSUT1在灌漿期的葉片中并沒有較高表達(dá)量這一特點(diǎn)。OsSUT2主要在液泡膜上表達(dá)，并且在糖從源器官葉片輸出到庫器官的過程中扮演著重要角色，而在水稻灌漿期，葉片是光合作用的主要場(chǎng)所，其在灌漿期合成蔗糖的作用明顯增大，使得葉肉液泡中的蔗糖含量顯著增加[15]。本研究結(jié)果顯示，OsSUT2在灌漿期葉片中的表達(dá)量最高，說明OsSUT2在光合同化物的運(yùn)輸和分配過程中起著舉足輕重的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，OsSUT3在開花后20 d會(huì)降低到幾乎不能檢測(cè)的水平[11]。本研究發(fā)現(xiàn)，OsSUT3在灌漿期葉片中的表達(dá)量極低，說明OsSUT3在水稻灌漿階段的作用不明顯。在水稻的庫—源轉(zhuǎn)化過程中，OsSUT4在葉鞘中有較高的表達(dá)量[21]。本研究中，OsSUT4在葉片中的表達(dá)量較高，也可能說明OsSUT4對(duì)于葉片中的蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)起著很重要的作用。有研究認(rèn)為，OsSUT5主要參與蔗糖在組織和穎果中的卸載過程[22]，而本研究發(fā)現(xiàn)，OsSUT5在葉片中相對(duì)表達(dá)量較低，說明OsSUT5發(fā)揮作用的主要場(chǎng)所不在葉片中。

3.2 灌漿期OsSUTs基因在穗中的表達(dá)特點(diǎn)

籽粒充實(shí)是水稻高產(chǎn)的重要保障。Aoki等研究OsSUT1發(fā)現(xiàn)，在水稻庫組織中OsSUT1表達(dá)量很小[11]，這與Hirose等研究發(fā)現(xiàn)的在開花后的穗中幾乎檢測(cè)不到OsSUT1的表達(dá)[21]相似，這與本研究發(fā)現(xiàn)的OsSUT1在穗中表達(dá)量相對(duì)較低的結(jié)果也一致。研究發(fā)現(xiàn)，OsSUT2在水稻各組織中呈表達(dá)水平穩(wěn)定趨勢(shì)[11]，并通過其在花后籽粒的表達(dá)模式，推斷出OsSUT2在籽粒的生長(zhǎng)發(fā)育中起著主導(dǎo)作用，此外通過抑制OsSUT2的表達(dá)，從而造成源端光合作用合成的蔗糖不能及時(shí)有效地輸送到庫細(xì)胞中，從而造成源端大量積累蔗糖，籽粒蔗糖供應(yīng)不充足，最終造成其生長(zhǎng)遲緩，分蘗數(shù)、株高、千粒質(zhì)量和根干質(zhì)量顯著降低，結(jié)實(shí)率低，結(jié)實(shí)不飽滿及品質(zhì)差等問題[15]。反之將OsSUT2進(jìn)行過表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其在抽穗后的表達(dá)量顯著高于普通植株OsSUT2的表達(dá)量，并且在灌漿期中有效地提高了光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)和轉(zhuǎn)換，進(jìn)而顯著地提高了水稻的單株粒質(zhì)量及籽粒充實(shí)度[23]。這與本研究發(fā)現(xiàn)的葉與穗中OsSUT2的表達(dá)量都是穩(wěn)定最高的結(jié)果相符，同時(shí)也表明了它對(duì)水稻產(chǎn)量確實(shí)有著重要的影響。他人研究發(fā)現(xiàn)，OsSUT3表達(dá)量有一定的波動(dòng)性，在開花后1～2 d時(shí)達(dá)到最大，但在3 d時(shí)明顯下降，5～7 d又恢復(fù)，然后逐漸下降[24-25]。本研究中，灌漿期穗中的OsSUT3表達(dá)量極低，這可能說明OsSUT3在灌漿期行使的功能場(chǎng)所并不在穗中;OsSUT4在穎果等組織中有較強(qiáng)的表達(dá)[11]，這與本研究發(fā)現(xiàn)的OsSUT4在穗部的表達(dá)量較高的結(jié)果吻合。OsSUT5在花序及發(fā)育早期的穎果中能特異表達(dá)，其功能與籽粒的充實(shí)度和灌漿相關(guān)[26]，本研究中OsSUT5的表達(dá)量顯著增加與前人研究結(jié)果相同，這說明OsSUT5對(duì)水稻灌漿起著一定的作用。

3.3 葉穗間OsSUTs相對(duì)表達(dá)量的相關(guān)性

水稻葉片是蔗糖合成的重要產(chǎn)所，蔗糖從源到庫的轉(zhuǎn)運(yùn)效率也尤為重要[27]。在水稻灌漿期間，葉片能為稻穗籽粒的充實(shí)提供合成有機(jī)物的源物質(zhì)。因此，研究灌漿期葉和穗器官中OsSUTs基因表達(dá)的相關(guān)性可為探討光合同化物運(yùn)輸、分配的代謝調(diào)控和水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論參考。而在植物體的生長(zhǎng)發(fā)育過程中，蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因會(huì)在植物的不同組織、不同時(shí)期中協(xié)同調(diào)控植物體的生長(zhǎng)過程，因此蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因可能是單個(gè)特異的也可能是部分重疊的。本研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)OsSUTs基因的表達(dá)量在葉中不相關(guān)，這很可能跟OsSUTs特異性表達(dá)有關(guān)。比如OsSUT1與OsSUT5都是定位在質(zhì)膜上的蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，但OsSUT5的特異性又比OsSUT1差[28]，與本研究相同的是OsSUT1與OsSUT5之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性并不明顯。OsSUT2是定位在液泡中[15]，而液泡作為貯存和積累能量的細(xì)胞器，其主要功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，因此OsSUT2與細(xì)胞膜上的OsSUT1、OsSUT5幾乎是無相關(guān)性。OsSUT3與OsSUT4功能尚不明確，但本研究發(fā)現(xiàn)，OsSUT3、OsSUT4與OsSUT5都呈極顯著相關(guān)關(guān)系且相關(guān)性較大，因此猜測(cè)OsSUT3與OsSUT4在葉片當(dāng)中也起著一定作用，具體的機(jī)制有待下一步研究。

穗是水稻利用或貯存同化物的庫，有研究認(rèn)為庫能刺激葉片中的光合活性，調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物的分配[29]?；贠sSUTs基因在花后籽粒中的表達(dá)模式，可將籽粒發(fā)育分為2個(gè)階段，第1個(gè)階段為花后的1～4 d，為籽粒的生長(zhǎng)及細(xì)胞分化階段;第2階段為花后5～15 d，為籽粒達(dá)到最長(zhǎng)并開始增重階段[30]。由此可推測(cè)出OsSUT2、OsSUT4和OsSUT5在第1階段起主要作用，OsSUT1則在第2階段起作用，而OsSUT3則起著銜接這2個(gè)階段的作用[24]。與本研究的結(jié)果類似，在穗中，OsSUTs之間都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，證明這5個(gè)基因共同協(xié)調(diào)灌漿期的籽粒發(fā)育過程。此外，也有人認(rèn)為，在開花期0～14 d，在水稻中過表達(dá)OsSUT2基因，OsSUT4的表達(dá)量明顯降低，為正常植株表達(dá)量的一半，表明OsSUT2基因的過表達(dá)可能會(huì)抑制OsSUT4的表達(dá)量[26]。而在本研究中，發(fā)現(xiàn)水稻灌漿期中的OsSUT2與OsSUT4基因呈正相關(guān)關(guān)系，這與上述結(jié)果相悖，猜測(cè)可能是植株本身會(huì)有一定的臨界值，在過表達(dá)植株上，OsSUT2大量表達(dá)可能會(huì)適得其反，造成其他基因表達(dá)量降低以及影響植株生長(zhǎng)發(fā)育。OsSUT3、OsSUT4與OsSUT5在穗中呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，且OsSUT5抑制表達(dá)會(huì)導(dǎo)致千粒質(zhì)量降低，結(jié)實(shí)率降低[23]。由此猜測(cè)這幾個(gè)基因都與水稻的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量有著緊密的關(guān)系。這也為OsSUT3與OsSUT4這2個(gè)基因功能的進(jìn)一步研究提供了一定的參考價(jià)值。

葉片與穗部是水稻最主要的源與庫器官。而流則是源和庫之間的橋梁，流運(yùn)行通暢會(huì)間接或者直接影響到源和庫的生理活性。前人研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)OsSUT2與OsSUT5會(huì)加快光合轉(zhuǎn)運(yùn)速率，理論上其最終的堊白度應(yīng)該高于對(duì)照，但結(jié)果是堊白度低于對(duì)照[23]。從這里可以猜測(cè)，從源中將光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)庫中不僅僅依靠蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白就能完成，在轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中，還需要細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶[31-33]、單糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[34]等共同配合完成，并且在灌漿期中籽粒淀粉的生物合成過程中還有大量的酶與蛋白質(zhì)參與。而本研究只涉及蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，這也就說明了葉穗間OsSUTs并無相關(guān)性的原因。

綜上，在本研究中，OsSUT2無論在葉和穗中表達(dá)量都顯著高于其他4個(gè)基因，說明OsSUT2在灌漿期對(duì)蔗糖的轉(zhuǎn)運(yùn)分配起著重要的作用。由于5個(gè)OsSUTs基因在穗中的表達(dá)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明在穎果成熟階段這5個(gè)基因是協(xié)同表達(dá)的。本研究可為蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)基因表達(dá)關(guān)系的進(jìn)一步研究提供參考。

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