梁士才 王緩 何珊 李波 丁兆堂 王玉 范凱 錢文俊

摘要：非結(jié)構(gòu)性碳水化合物（NSC）能作為重要的滲透調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑和糖信號分子參與茶樹逆境脅迫響應(yīng)過程。然而，NSC的合成、代謝和轉(zhuǎn)運需眾多酶類共同參與完成，說明這些酶類在植物逆境脅迫響應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。文章系統(tǒng)總結(jié)了茶樹中NSC合成、轉(zhuǎn)運和代謝相關(guān)酶類參與茶樹抗逆響應(yīng)的研究進展，以期為全面和深入探究NSC在茶樹中的功能提供參考。

關(guān)鍵詞：茶樹；非結(jié)構(gòu)性碳水化合物；逆境響應(yīng)；分子機制

中圖分類號：S571.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1000－3150（2023）09-01-9

Advances in Molecular Mechanisms of Non-structural Carbohydrates

Involved in Stress Response of Tea Plants （Camellia sinensis）

LIANG Shicai1， WANG Huan1， HE Shan1， LI Bo1， DING Zhaotang2， WANG Yu1， FAN Kai1， QIAN Wenjun1*

1. College of Horticulture， Qingdao Agricultural University/Engineering Laboratory of Genetic Improvement of

Horticultural Crops of Shandong Province， Qingdao 266109， China;

2. Tea Research Institute of Shandong Academy of Agricultural Sciences， Ji'nan 250100， China

Abstract： As a type of important osmotic regulator， antioxidant and sugar signaling molecule， non-structural carbohydrate （NSC） plays a central role in stress responses of tea plant. However， the synthesis， metabolism and transport of NSC require the joint participation of many enzymes， indicating that these enzymes play important roles in plant stress response. Here， we systematically reviewed the research progress of NSC synthesis， transport and metabolism related enzymes that participated in the stress response of tea plant. This review would provide a theoretical reference for comprehensively and deeply exploring the functions of NSC in tea plants.

Keywords： Camellia sinensis， non-structural carbohydrates， stress response， molecular mechanism

非結(jié)構(gòu)性碳水化合物（Non-structural carbohydrate，NSC），主要包括淀粉和可溶性糖等，在植物果實與種子發(fā)育、碳水化合物分配、逆境脅迫響應(yīng)等方面發(fā)揮著重要作用。植物在遭受逆境脅迫時，NSC會發(fā)生差異變化，其可作為重要的滲透保護劑、抗氧化劑和糖信號分子參與到植物逆境響應(yīng)中。然而，NSC的合成、代謝和轉(zhuǎn)運是由一系列糖代謝相關(guān)酶類共同參與完成，說明這些酶類在植物逆境脅迫響應(yīng)中具有重要作用。

茶樹[Camellia sinensis （L.） O. Kuntze]作為多年生常綠木本植物，其生長發(fā)育、茶葉產(chǎn)量與品質(zhì)受眾多逆境脅迫影響。已有大量研究表明，在逆境脅迫條件下，茶樹中的NSC可作為重要的滲透保護劑、活性氧（ROS）清除劑和糖信號分子參與茶樹抗逆響應(yīng)。同時，NSC的合成與代謝受眾多基因調(diào)控（圖1）。另有研究發(fā)現(xiàn)，在茶樹抗逆響應(yīng)中，眾多糖合成與代謝相關(guān)基因存在差異表達，說明這些基因在茶樹抗逆響應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。本文主要對淀粉、蔗糖（Suc）、己糖、棉子糖和海藻糖等合成與代謝相關(guān)基因的研究進行綜述。

1? 茶樹淀粉合成與代謝相關(guān)基因

淀粉是植物貯藏的主要碳水化合物，在植物種子萌發(fā)、幼苗生長、胚乳發(fā)育以及遭受逆境脅迫時，植物細胞中的α-淀粉酶（AMY）、β-淀粉酶（BAM）、極限糊精酶（PUL）、β-葡萄糖苷酶和α-葡聚糖磷酸化酶（PHO）活性升高，能快速降解淀粉生成能量（ATP）以維持植物正常生命活動。同時，淀粉水解產(chǎn)物中還包括葡萄糖（Glc）和果糖（Fru）等可溶性單糖，這些己糖類能為植物細胞中的生理生化反應(yīng)提供底物，也能起到增強植物抗逆性的作用。

1.1? α-淀粉酶（AMY）

AMY是植物中的一種內(nèi)淀粉酶，主要參與催化α-多糖（主要是淀粉）中α-1，4-糖苷鍵的水解，生成麥芽糖寡糖，但不參與中間淀粉的降解。眾多研究表明，植物中AMY基因（α-AMY）具有調(diào)控果實成熟以及干旱、高鹽和脫落酸（ABA）等脅迫響應(yīng)的功能。

茶樹中現(xiàn)已報道3 個AMY基因[1]，但目前針對這些基因的功能研究還局限于時空表達和組織特異性方面。時空表達模式分析發(fā)現(xiàn)，茶樹中的AMY基因能響應(yīng)部分非生物脅迫。其中，CsAMY1、CsAMY 2在ABA或者低溫脅迫下表達顯著上調(diào)，但CsAMY3受低溫誘導(dǎo)下調(diào)表達。在鹽脅迫下，CsAMY1表達上調(diào)[2]。另外，CsAMY2在干旱脅迫3 h和9 h表達上調(diào)，隨后表達下調(diào)。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，CsAMYs和CsBAMs的表達模式與萎凋過程相關(guān)，表明淀粉水解酶基因在茶鮮葉采后加工過程中具有重要作用[3]。

1.2? β-淀粉酶（BAM）

BAM是植物中的一種外切水解酶，參與淀粉水解時從淀粉側(cè)鏈的非還原性末端開始水解α-1，4-糖苷鍵，從而以麥芽糖的形式對淀粉進行切割，水解生成大量β-麥芽糖及限制性糊精。BAM在淀粉水解過程中具有重要作用，其將大分子糖淀粉水解為多個二糖，增加了植物中的糖含量，從而提高植物抗寒和抗旱性。

目前，茶樹中已分離鑒定獲得9個BAM基因。亞細胞定位預(yù)測顯示，CsBAM2、CsBAM7、CsBAM8定位于細胞核，可能不具催化作用，但能參與基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控；CsBAM1、CsBAM3、CsBAM6定位于葉綠體中，可能起主要的淀粉降解功能；而對CsBAM4、CsBAM5、CsBAM9研究較少，其功能有待發(fā)掘[1]。目前，有關(guān)CsBAMs在茶樹抗逆響應(yīng)中的研究較少。岳川[1]對CsBAMs基因在冷馴化期間的表達研究發(fā)現(xiàn)，CsBAM1、CsBAM2、CsBAM3、CsBAM4、CsBAM9 這5個基因的表達在冷馴化過程中均顯著上調(diào)。其中，CsBAM3基因在冷馴化處理后的成熟葉和嫩芽中均有較高的表達量，且嫩芽中的表達顯著高于成熟葉。同時，該基因在冷馴化期間的高表達持續(xù)時間較長。然而，CsBAM6、CsBAM7、CsBAM8的表達受低溫誘導(dǎo)不顯著，脫馴化后其表達水平低于正常表達水平。另外，CsBAMs還能參與ABA、干旱和高鹽等逆境脅迫響應(yīng)。ABA處理后，CsBAM3、CsBAM5、CsBAM9顯著上調(diào)表達；鹽脅迫處理下，CsBAM3、CsBAM4顯著上調(diào)表達，CsBAM9在鹽脅迫處理3 h和9 h時表達升高，而在鹽脅迫處理24 h后表達降低，而CsBAM2、CsBAM6、CsBAM7、CsBAM8則在鹽脅迫處理3 h和9 h時表達量顯著降低。另外，在干旱脅迫下，CsBAM1、CsBAM3顯著上調(diào)表達，CsBAM5、CsBAM9則在干旱處理9 h后顯著上調(diào)表達，而CsBAM4則在3 h和9 h上調(diào)表達。郝心愿等[4]對CsBAM3的功能進一步研究發(fā)現(xiàn)，該基因在茶樹中具有組織表達特異性，其在葉片中的表達量最高，莖和花中的表達量相對較低，而在根系中基本不表達，說明CsBAM3基因可能參與調(diào)控茶樹葉片發(fā)育過程。綜合表明，茶樹中已知的CsBAMs能參與茶樹生長發(fā)育及各種逆境響應(yīng)和植物激素誘導(dǎo)。然而，CsBAMs在茶樹抗逆響應(yīng)中的分子調(diào)控機制有待進一步深入研究。

2? 蔗糖（Suc）合成與代謝相關(guān)酶

Suc作為絕大多數(shù)植物光合作用終產(chǎn)物之一，其合成與水解在植物生長發(fā)育、脅迫響應(yīng)和產(chǎn)量形成中具有重要作用。目前研究發(fā)現(xiàn)，蔗糖磷酸合成酶（SPS）和磷酸蔗糖磷酸酶（SPP）是參與Suc合成的關(guān)鍵酶類，而轉(zhuǎn)化酶（INV）和蔗糖合成酶（SUS）則是兩類關(guān)鍵的蔗糖水解酶。

2.1? 蔗糖（Suc）合成相關(guān)酶

植物中，Suc的合成主要是通過SPS和SPP以尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）和果糖-6-磷酸（F6P）為底物合成。目前，大量研究已證實SPS和SPP在植物逆境脅迫響應(yīng)中具有重要作用。

2.1.1? 蔗糖磷酸合成酶（SPS）

SPS作為水溶性的糖基轉(zhuǎn)移酶，是調(diào)控Suc合成的關(guān)鍵限速酶，主要參與催化F6P和UDPG反應(yīng)生成6-磷酸蔗糖以及UDP，為Suc的合成提供中間產(chǎn)物。目前，已從眾多植物中分離鑒定獲得多個SPS基因，且功能研究發(fā)現(xiàn)SPS在植物Suc的庫源分配方面具有重要作用。SPS可能通過介導(dǎo)Suc的合成速率進而起到調(diào)控植物果實和莖的發(fā)育，以及響應(yīng)晝夜節(jié)律、低溫和滲透脅迫等[5]。茶樹中關(guān)于SPS的研究尚處起步階段。前期，朱政[6]首次從茶樹中克隆獲得1個SPS基因（CsSPS），該基因與煙草和番茄等的SPS基因具有較高同源性。隨后，丁菲[7]進一步對CsSPS基因的組織特異性和時空表達模式進行分析發(fā)現(xiàn)，CsSPS在不同組織中差異表達，其中，葉中表達量最高，而花中最低，表明CsSPS可能參與茶樹葉片的生長發(fā)育以及Suc積累過程。另外，茶樹在低溫脅迫3 h后CsSPS表達升高，并在處理12 h時表達量達到最大值，之后隨時間的延長CsSPS表達量下降。楊小青等[8]研究也發(fā)現(xiàn)，低溫能顯著提高SPS的表達量，且外源噴施一定濃度的γ-氨基丁酸（GABA）、綠藻粉和竹醋液能顯著提高低溫處理下CsSPS基因的表達，進一步表明SPS活性的提高能促進Suc合成以參與茶樹抗寒響應(yīng)。

2.1.2? 磷酸蔗糖磷酸酶（SPP）

現(xiàn)有研究表明，除SPS外，Suc的合成還需SPP催化上一步反應(yīng)中獲得的磷酸蔗糖發(fā)生脫磷反應(yīng)后才能生成Suc。SPP是Suc合成途徑以及光合碳同化途徑中的最后一個酶，此催化反應(yīng)不可逆。與SPS類似，植物中的SPP在碳水化合物分配和Suc合成方面同樣具有重要作用，但目前關(guān)于SPP在植物中的功能研究相對較少，茶樹中SPP基因的鑒定和研究工作尚未開展，本課題組后續(xù)將對茶樹中SPS和SPP基因的功能進行探究。

2.2? 蔗糖水解酶

2.2.1? 轉(zhuǎn)化酶（INV）

植物中的Suc除了自身可作為重要的滲透保護劑、糖信號分子外，還可通過INV不可逆地水解為Glc和Fru，以參與植物正常生長發(fā)育和逆境脅迫響應(yīng)。根據(jù)最佳pH和生化活性的不同，INV可分為酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）和中性/堿性轉(zhuǎn)化酶（A/N-Inv）。另外，根據(jù)亞細胞定位的不同，又可以將INV分為細胞壁結(jié)合轉(zhuǎn)化酶（CWIN）、液泡轉(zhuǎn)化酶（VIN）和細胞質(zhì)轉(zhuǎn)化酶（CIN）[9]。目前，基于過表達、RNAi和CRISPR等技術(shù)已證明INV在調(diào)控Suc分布、“庫-源”關(guān)系、原初碳代謝、信號響應(yīng)和逆境脅迫等方面扮演著重要角色[10-12]。其中，CWIN在植物-病原互作、Suc卸載、種子發(fā)育和延緩衰老等方面起主要作用，VIN則主要參與植物細胞擴增、糖類存儲和各類非生物脅迫響應(yīng)，不同亞細胞器定位的CINs 在植物碳分配、能量代謝、細胞分化、組織發(fā)育和逆境脅迫響應(yīng)方面都發(fā)揮著重要作用 [13-15]。例如，Xiang等[16]對擬南芥進行外源過氧化氫處理后發(fā)現(xiàn)，己糖激酶基因（HXK1）和CIN基因（At-A/NInvA 和 At-A/N-InvG）轉(zhuǎn)錄水平被誘導(dǎo)上調(diào)表達，且擬南芥葉肉原生質(zhì)體中過表達At-A/NInvA和At-A/N-InvG能夠降低APX2 啟動子活性，說明CINs、細胞質(zhì)內(nèi)碳水化合物代謝、HXK介導(dǎo)的催化活性和（或）信號與脅迫防御響應(yīng)之間具有重要聯(lián)系。另外，Martín等[17]對線粒體定位的A/N-InvA 和A/N-InvC基因突變株進行研究發(fā)現(xiàn)，二者可能在細胞器內(nèi)或線粒體膜上調(diào)控著Suc水平，以促進糖分和ROS參與線粒體反向調(diào)控過程。

現(xiàn)有研究表明，INV在茶樹生長發(fā)育和逆境脅迫響應(yīng)中同樣發(fā)揮著重要作用。前期，Qian等[18]從茶樹中共鑒定獲得14個CsINVs基因，包括3個CsCWINs、3個CsVINs和8個CsCINs基因。組織特異性分析發(fā)現(xiàn)，這些CsINVs在茶樹根、莖、葉和花中均有表達，且CsINV4、CsINV7、CsINV10在成熟葉中具有較高的轉(zhuǎn)錄豐度，而CsINV5則在茶樹花中極顯著高表達。時空表達模式分析發(fā)現(xiàn)，這些CsINVs基因在茶樹成熟葉和根系中受不同非生物脅迫處理差異表達。其中，1個VIN基因（CsINV5）和3個CIN基因（CsINV2、CsINV10、CsINV12）在茶樹冷馴化和低溫處理下顯著上調(diào)表達，表明茶樹CsINVs基因在茶樹生長發(fā)育和逆境脅迫響應(yīng)中具有重要作用。此外，Qian等[12]進一步對茶樹中的CsINV5功能進行驗證發(fā)現(xiàn)，該基因啟動子中的LTRE-related基序是調(diào)控CsINV5低溫響應(yīng)的核心元件，而WBOXHVISO1基序則是調(diào)控CsINV5參與糖響應(yīng)的核心元件。過表達CsINV5能通過改變細胞內(nèi)糖組分含量和參與調(diào)控滲透響應(yīng)途徑來提高轉(zhuǎn)基因擬南芥的抗寒能力。然而，He等[19]發(fā)現(xiàn)茶樹中的AI（CWIN和VIN）活性在茶樹不同組織、低溫或冷馴化條件下并未與相應(yīng)AI基因表達成比例同步變化，但和3個轉(zhuǎn)化酶抑制子基因（CsInvInh1、CsInvInh2、CsInvInh3）的表達負相關(guān)，說明INV中的AI在茶樹中的功能除了受轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控外，還在蛋白翻譯后表達水平受轉(zhuǎn)化酶抑制子（InvInh）嚴格控制。

2.2.2? 蔗糖合成酶（SUS）

除INV外， SUS同樣參與植物體內(nèi)Suc的水解，能將Suc水解為UDP-Glc和Fru?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，SUS在植物器官成熟過程中參與維持庫強穩(wěn)固和合成庫產(chǎn)物等[20-21]?；赟US具有比INV水解Suc更節(jié)能的特點，SUS可作為一個特異的庫強生化標記，特別是在一些易缺氧的龐大組織器官中[22]。另外，發(fā)育的種子和果實中比葉片中具有更高的SUS活性，過表達SUS能促進纖維合成、種子和果實發(fā)育，而抑制SUS的表達則會造成種子干枯[23]。目前，茶樹中已經(jīng)分離鑒定獲得4個蔗糖合成酶基因[24]。亞細胞定位預(yù)測顯示，CsSUS1主要定位于細胞質(zhì)、線粒體和葉綠體中，CsSUS2主要定位于線粒體和葉綠體中，CsSUS3主要定位于細胞質(zhì)，而CsSUS4主要分布在細胞質(zhì)或細胞核，這種定位的差異可能是其功能多樣性的原因之一。此外，Yue等[2]探究了這4個基因在茶樹冷馴化期間的表達模式發(fā)現(xiàn)，CsSUSs表達模式各異。其中，CsSUS1的表達明顯被抑制；CsSUS2和CsSUS3的表達存在差異，但不顯著；CsSUS4的表達在冷馴化耐寒性階段則顯著升高，說明CsSUS4可能是茶樹冷馴化期間參與Suc水解的一個關(guān)鍵基因。盡管如此，茶樹中有關(guān)CsSUSs的功能研究尚少，還需開展深入研究。

3? 己糖激酶（HXKs）

己糖，包括Glc和Fru，是植物光合作用的重要產(chǎn)物，也是眾多代謝途徑和有機物的初級產(chǎn)物。在植物中，己糖需被HXKs和果糖激酶（FRKs）磷酸化后形成葡萄糖-6-磷酸（Glc-6-P）和F6P后，才能被用于糖酵解、呼吸、分解和合成代謝等[25]?，F(xiàn)有研究表明，HXKs作為糖傳感蛋白，在植物中能參與糖信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、碳水化合物代謝，并能感知各種逆境脅迫、光照、激素和養(yǎng)分等，從而介導(dǎo)植物種子萌發(fā)、開花和衰老等生長發(fā)育過程，以及抗旱、抗寒和抗鹽等非生物脅迫響應(yīng)[26-27]。另外，HXKs還參與植物葉綠體、線粒體高爾基體復(fù)合體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等亞細胞器膜與質(zhì)膜的合成[28-29]。目前，茶樹中已克隆獲得4個CsHXKs和7個CsFRKs[25]。生信分析發(fā)現(xiàn)，這11個激酶蛋白能被分為6類，且除CsFRK7外，其他的蛋白氨基酸序列中均包含一個ATP結(jié)合區(qū)域和一個糖識別區(qū)域。時空表達模式分析發(fā)現(xiàn)，CsHXKs和CsFRKs的轉(zhuǎn)錄豐度受低溫、干旱、鹽和ABA處理差異表達。其中，CsHXK3和CsHXK4基因在茶樹根系和葉片中受低溫誘導(dǎo)顯著上調(diào)表達。另外，鹽和干旱脅迫下，葉片和根系中的CsHXK1顯著上調(diào)表達，而茶樹葉片和根系中的CsHXK3還受外源ABA處理顯著誘導(dǎo)表達。陳江飛等[30]研究發(fā)現(xiàn)，CsHXK1還能響應(yīng)逆境脅迫，在茶樹受到高溫、干旱、低溫和高鹽脅迫下，CsHXK1基因表達上調(diào)。另外，李娜娜等[31]進一步研究發(fā)現(xiàn)，去除葉綠體轉(zhuǎn)運信號肽的CsHXK2蛋白具有Glc和Fru磷酸化活性，同時，茶樹中CsHXK2在低溫條件下表達顯著下調(diào)，且炭疽菌侵染的茶樹葉片內(nèi)CsHXK2基因表達也顯著下調(diào)，但在外源赤霉素（GA3）處理下該基因表達顯著上調(diào)。綜上所述，茶樹中有關(guān)HXK和FRK的研究尚處于起步階段，這些激酶蛋白參與茶樹逆境響應(yīng)的分子機制尚需深入探究。

4? 海藻糖合成酶

海藻糖是一種非還原性二糖，是植物中化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的糖類之一，除作為滲透調(diào)節(jié)劑以及ROS清除劑外，海藻糖還具有保護蛋白質(zhì)和細胞膜的功能，能有效提高植物對非生物脅迫的耐受性[32]。另外，外源海藻糖處理可有效緩解植物滲透脅迫損傷，抑制細胞外堿化，降低ROS含量以及維持微管細胞骨架的完整性[33]。植物中，海藻糖的合成主要受海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）和磷酸海藻糖磷酸酶（TPP）控制，其中，TPS能夠催化Glc-6-P和尿苷-5-二磷酸葡萄糖的反應(yīng)生成海藻糖-6-磷酸（Tre-6-P），然后經(jīng)TPP催化Tre-6-P脫磷生成海藻糖，在此過程中TPS屬于關(guān)鍵限速酶。大量研究發(fā)現(xiàn)，TPS在植物逆境脅迫響應(yīng)中具有重要作用。目前，有關(guān)茶樹TPS和TPP的功能研究尚處起步階段。丁菲[7]從茶樹中克隆獲得首個TPS基因（CsTPS1），該基因編碼的TPS蛋白具有明顯的TPS 和TPP 結(jié)構(gòu)域，且與擬南芥中的AtTPS1同源性較高。表達分析發(fā)現(xiàn)，低溫條件下 CsTPS1在茶樹衰老葉和嫩葉中的表達高于根系，說明該基因可能參與了茶樹的抗寒響應(yīng)。隨后，岳川[1]進一步從茶樹中鑒定獲得5 個CsTPSs 基因（CsTPS1、CsTPS6、CsTPS7、CsTPS10、CsTPS11）。其中，CsTPS1與丁菲[7]報道基因一致。進化分析顯示，CsTPS1與其他植物中的同類TPS聚為一類，屬于TPS亞家族I中的成員，可能是茶樹中海藻糖合成的主要TPS蛋白，而剩余4個TPS蛋白屬于亞家族II，可能不起催化作用，但在海藻糖合成中起調(diào)控作用。表達分析發(fā)現(xiàn)，這些CsTPSs 基因在茶樹冷馴化過程中均不同程度上調(diào)表達，其中，CsTPS6、CsTPS11上調(diào)表達最顯著，這些基因的上調(diào)表達可能對海藻糖的合成具有調(diào)控作用[1]。盡管如此，這些基因是如何參與茶樹抗寒響應(yīng)的，其在茶樹其他逆境響應(yīng)方面又發(fā)揮什么作用，這些問題均需未來深入探究。

5? 棉子糖家族寡糖（RFOs）合成相關(guān)酶

RFOs不僅是植物韌皮部同化物運輸?shù)闹饕问剑以谥参镌馐艿蜏?、干旱和高鹽等脅迫時，含量會增加[34-35]。RFOs含量增加，一方面會降低細胞滲透勢，增強植物的滲透調(diào)節(jié)能力；另一方面，RFOs具有較強的抗氧化活性，能夠快速清除植物中過量的活性氧和自由基[36]。植物中，RFOs合成主要受肌醇半乳糖苷合酶（GolS）和棉子糖合酶（RS）控制，其中，GolS通過催化UDP-半乳糖和肌醇生成肌醇半乳糖苷，隨后經(jīng)RS催化肌醇半乳糖苷生成半乳糖基，最后與Suc通過α-1，6-糖苷鍵連接生成棉子糖[37]。基于全基因組水平，目前已從很多植物中鑒定獲得多個GolS和RS基因。深入研究發(fā)現(xiàn)，這些基因在植物生長發(fā)育以及逆境脅迫響應(yīng)過程中均有重要作用。目前，茶樹中已克隆獲得3個CsGolSs基因。原核表達分析顯示，這3個基因編碼蛋白分子量基本都在50 kDa左右，且均具GolS活性。生物和非生物脅迫條件下，CsGolS1基因表現(xiàn)為對水分虧缺、低溫和ABA敏感，而CsGolS2和CsGolS3基因則對害蟲侵襲和植物激素敏感?；蛘{(diào)控和RFOs測定結(jié)果表明，CsGolS1主要參與茶樹非生物脅迫響應(yīng)，而CsGolS2和CsGolS3主要參與茶樹生物脅迫響應(yīng)[38]。另外，Yue等[2]研究發(fā)現(xiàn)，冷馴化過程中CsRS1和CsRS2響應(yīng)低溫脅迫表達上調(diào)。除CsGolSs基因外，岳川[1]從茶樹中鑒定獲得2個CsRS基因，二者編碼氨基酸序列中均包含保守的 KVD 和 RASDD基序。表達分析發(fā)現(xiàn)，CsRS1和CsRS2在茶樹冷馴化期間顯著上調(diào)表達，二者的上調(diào)表達可能通過參與RFOs的合成以參與茶樹抗寒響應(yīng)過程。

6? 糖轉(zhuǎn)運體

植物中的糖類物質(zhì)在不同細胞器，如葉綠體、液泡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體等的短距離運輸或從“源組織”到“庫組織”的長距離運輸通常需要借助一類糖轉(zhuǎn)運體介導(dǎo)完成。目前，已報道有蔗糖轉(zhuǎn)運體（SUT）、SWEET（Sugars will eventually be exported transporters）轉(zhuǎn)運體、單糖轉(zhuǎn)運體（MST）等多種糖轉(zhuǎn)運蛋白參與到植物體內(nèi)糖類物質(zhì)的積累與分配，這些轉(zhuǎn)運蛋白在植物逆境響應(yīng)中扮演著重要角色。本文將著重對茶樹中已報道的幾類糖轉(zhuǎn)運蛋白的研究進展進行總結(jié)。

6.1? 蔗糖轉(zhuǎn)運體

高等植物中，Suc無論是短距離運輸或是進入韌皮部和離開韌皮部時的裝卸都是由SUT或載體蛋白介導(dǎo)的。現(xiàn)有研究表明，SUT通過逆濃度梯度和質(zhì)子梯度，協(xié)同質(zhì)子以 1∶1化學(xué)計量比跨膜轉(zhuǎn)運Suc[39]。高等植物中，SUT家族成員可分為3個亞家族SUTI、SUTⅡ、SUTIII，其中SUTI亞家族成員為雙子葉植物所特有，主要負責Suc在韌皮部的裝載和在庫組織細胞中的攝入[40]。大量研究表明，植物中SUT可通過介導(dǎo)植物體內(nèi)Suc的轉(zhuǎn)運參與一系列生長發(fā)育和生理響應(yīng)過程。茶樹中，目前已克隆獲得4個SUT基因，但其相應(yīng)的功能研究較少?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，CsSUT2和CsSUT4屬于雙子葉植物中特有的SUTI亞家族成員，而CsSUT1和 CsSUT3屬于單子葉植物和雙子葉植物共有的SUTIII亞家族成員。表達分析發(fā)現(xiàn)，這些CsSUTs基因在茶樹冷馴化早期的表達量顯著升高，這與Suc含量的升高趨勢一致。然而，當茶樹葉片中Suc含量最高時，CsSUTs基因的表達逐漸下降并維持在相對穩(wěn)定水平，表明茶樹中CsSUTs能通過調(diào)控Suc的分配來參與茶樹抗寒響應(yīng)過程[1]。

6.2? SWEET轉(zhuǎn)運體

除SUT轉(zhuǎn)運體外，SWEET轉(zhuǎn)運體是近年來在植物體中新發(fā)現(xiàn)的一類重要的糖轉(zhuǎn)運蛋白。SWEET轉(zhuǎn)運體主要包含7個跨膜結(jié)構(gòu)域，其功能不受細胞pH影響，能夠促進Suc轉(zhuǎn)運過程中沿濃度梯度向胞間連絲轉(zhuǎn)移。而且，SWEET作為雙向糖轉(zhuǎn)運蛋白，不僅可以通過細胞膜以葡萄糖轉(zhuǎn)運體的形式調(diào)節(jié)Glc的攝取，還可以通過同聚或異聚的方式形成功能性孔，形成糖運輸通道并驅(qū)動其功能[41]。眾多研究者圍繞SWEET的功能開展了大量研究?，F(xiàn)已證明，SWEET轉(zhuǎn)運體在韌皮部糖轉(zhuǎn)運、花粉營養(yǎng)、泌蜜、籽粒灌漿、葉片衰老、果實和種子發(fā)育、成花轉(zhuǎn)換、生物和非生物響應(yīng)等方面均發(fā)揮著重要作用[42]。

近年來，SWEET在茶樹中的功能研究也取得了一定進展。其中，Wang 等[43]和Jiang等[44]相繼從茶樹中分別鑒定獲得13個和28個CsSWEETs基因。其中，Wang 等[43]進一步研究發(fā)現(xiàn)，茶樹葉片中有8個CsSWEETs 基因參與了各種非生物脅迫響應(yīng)和自然冷馴化下茶樹抗寒性的提高。同時，CsSWEET3、CsSWEET16的表達還受炭疽菌侵染誘導(dǎo)上調(diào)。另外，對這些轉(zhuǎn)運體的轉(zhuǎn)運活性分析發(fā)現(xiàn)，CsSWEET1a、CsSWEET1b、CsSWEET7、CsSWEET17表現(xiàn)出Glc類似物和其他己糖的轉(zhuǎn)運活性。擬南芥中過表達CsSWEET16能提高轉(zhuǎn)基因植株的抗寒能力，主要表現(xiàn)為較低的電導(dǎo)率和較高的Fv/Fm值。同時，轉(zhuǎn)基因株系中的Suc和Glc含量比野生型要高，但Fru含量低于野生型。此外，在atsweet16-1突變體中過表達CsSWEET16也能抑制Fru含量的升高，說明CsSWEET16在擬南芥中可作為Fru含量的調(diào)控因子[43]。除CsSWEET16外，Yao等[45]進一步發(fā)現(xiàn)，茶樹中的CsSWEET1a、CsSWEET17及可變剪切體CsSWEET17-Ex均受低溫和冷馴化誘導(dǎo)上調(diào)表達，表明可變剪切參與SWEET 轉(zhuǎn)運蛋白在茶樹對冷脅迫響應(yīng)中的功能。作為質(zhì)膜定位的SWEET蛋白，在擬南芥中分別過表達CsSWEET1a和CsSWEET17基因后發(fā)現(xiàn)，過表達株系在低溫下的相對電導(dǎo)率和轉(zhuǎn)化酶基因的表達顯著低于野生型，說明CsSWEET1a和CsSWEET17過表達后通過介導(dǎo)糖在細胞內(nèi)空間和細胞壁之間的分布來提高轉(zhuǎn)基因植株的抗凍性。

6.3? 單糖轉(zhuǎn)運體

植物中還包含一類單糖轉(zhuǎn)運體（MST），與SUT共屬轉(zhuǎn)運蛋白超家族（MFS）成員，均包含12個跨膜螺旋[42]。研究發(fā)現(xiàn)，MST可被進一步分為7類，包括糖轉(zhuǎn)運蛋白（STP）、多元醇（單糖）轉(zhuǎn)運體（PMTs）、肌醇轉(zhuǎn)運體（INTs）、液泡葡萄糖轉(zhuǎn)運體（VGTs）、液泡膜轉(zhuǎn)運體（TMTs）、質(zhì)體葡萄糖轉(zhuǎn)運體（pGlcTs）、G蛋白β1抑制子（SGB1）和脫水早期響應(yīng)6-like轉(zhuǎn)運體（ESLs）。其中，VGTs和TMT作為糖/H+反向轉(zhuǎn)運體能將糖類轉(zhuǎn)運至液泡中；ESLs則通過能量非依賴途徑將糖類轉(zhuǎn)運出液泡；pGlcTs負責將糖類轉(zhuǎn)運出質(zhì)體；INTs定位于質(zhì)膜和液泡膜，能運輸肌醇；STPs作為質(zhì)膜定位的H+-己糖轉(zhuǎn)運體，在庫和源組織中運輸Glc、Fru和半乳糖；PMT參與跨質(zhì)膜的己糖轉(zhuǎn)運，是廣泛的底物譜質(zhì)子轉(zhuǎn)運體，能轉(zhuǎn)運多元醇、己糖和（或）戊糖[46]。這些轉(zhuǎn)運體在植物糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)運與分配，以及糖類物質(zhì)在細胞間或長距離運輸中發(fā)揮著重要作用。

在茶樹中，目前有關(guān)MST的研究相對較少。前期，岳川[1]從茶樹中克隆獲得4個CsERD6-like基因（CsERD6-1、CsERD6-6、CsERD6-7、CsERD6-16）、2個CsTMTs基因（CsTMT1、CsTMT2）、2 個CsSTPs基因（CsSTP1、CsSTP5）、2 個CsINTs 基因（CsINT1、 CsINT2）和 1 個CsPMT基因（CsPMT4）。此后，進一步對這些基因在茶樹冷馴化期間的表達進行分析發(fā)現(xiàn)，CsTMT1、CsPMT1、CsSTP1和CsSTP5在茶樹冷馴化早期被誘導(dǎo)上調(diào)表達，CsINT1和CsERD6-1、CsERD6-6、CsERD6-16在冷馴化中也被顯著誘導(dǎo)上調(diào)表達，而 CsERD6-7和CsINT2的表達則被顯著抑制。這些結(jié)果表明，茶樹中不同類型的糖轉(zhuǎn)運體在茶樹抗寒響應(yīng)中發(fā)揮著重要作用，但功能各異。然而，現(xiàn)有的研究尚未全面解析各類糖轉(zhuǎn)運體在茶樹中的功能，未來還需深入研究。

7? 總結(jié)與展望

眾多研究表明，參與NSC合成、代謝和轉(zhuǎn)運等相關(guān)的酶類及轉(zhuǎn)運蛋白在茶樹抗逆響應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。然而，目前關(guān)于NSC代謝途徑參與茶樹抗逆響應(yīng)的分子調(diào)控機制研究還存在很多不足。一方面，很多NSC代謝相關(guān)基因多以基因家族形式發(fā)揮作用，但目前很多基因家族成員未得到全面鑒定和克隆。另一方面，NSC代謝相關(guān)基因在茶樹生物和非生物脅迫中的功能研究不全面，大部分研究主要是針對NSC代謝相關(guān)基因在茶樹抗寒響應(yīng)中的作用，而這些基因參與其他逆境脅迫響應(yīng)的研究相對較少。再者，目前大部分研究僅從基因轉(zhuǎn)錄水平上探究相關(guān)基因參與茶樹抗逆響應(yīng)的情況，但這些基因在轉(zhuǎn)錄后、翻譯、翻譯后、蛋白修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和蛋白互作等方面的精細調(diào)控尚有較大的研究空間。此外，已報道的NSC代謝相關(guān)基因的功能主要是借助于模式植物進行功能驗證，而在茶樹中開展功能研究較少。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和茶樹基因組測序的完成，相信這些問題會在不久的將來逐一得到解決。

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