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1、植物生理学通讯 第4 6 卷 第4 期, 2 0 1 0 年4 月317收稿2 0 0 9 - 1 2 - 1 6修定 2 0 1 0 - 0 1 - 2 5资助国家自然科学基金( 3 0 7 7 1 7 5 9 , 3 0 9 7 2 3 8 8 ) 、广东省自然科学基金团队项目( 9 3 5 1 0 6 4 2 0 1 0 0 0 0 0 2 ) 和广东省自然科学基金重点项目( 7 1 1 8 1 2 1 ) 。*通讯作者( E - m a i l : x i a o l a n p e n g s c a u . e d u . c n ; T e l : 0 2 0 -8 5 2 8
2、0 2 5 9 ) 。植物体内蔗糖转运蛋白的功能和调控彭昌操, 赵小兰*华南农业大学林学院, 热带亚热带林业生物技术实验室, 广州5 1 0 6 4 2提要: 蔗糖转运蛋白( s u c r o s e t r a n s p o r t e r , S U T ) 负责蔗糖的跨膜运输, 在韧皮部介导的源- 库蔗糖运输和为库组织供应蔗糖的生理活动中起关键作用。本文介绍植物体内蔗糖转运蛋白基因家族、细胞定位与功能调节以及高等植物的蔗糖感受机制的研究进展。关键词: 蔗糖转运蛋白; 蔗糖; 跨膜转运Function and Regulation of Plant Sucrose Transporte
3、rPENG Chang-Cao, ZHAO Xiao-Lan* C o l l e g e o f F o r e s t r y , L a b o r a t o r y o f B i o - T e c h n o l o g y o f T r o p i c a l a n d S u b t r o p i c a l F o r e s t r y , S o u t h C h i n a A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y , G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 2 , C h i n aAbstrac
4、t: The sucrose transporters (SUTs) involved in sucrose trans-membrane transportation play a crucial role in the phloem cell-to-cell distribution of sucrose throughout the plant source-sink. This paper introduces the research progresses on sucrose transporters cellar location, functional regulation a
5、nd sensing mechanism of sugar in high plants. Key words: sucrose transporter; sucrose; trans-membrane transportation叶是高等植物同化碳源的主要器官。蔗糖是 绿色植物光合作用碳同化物的主要转运形式之一。 已有的生理及分子研究结果显示, 蔗糖转运受多重 水平的生理器官调节, 以感受蔗糖浓度的变化, 其 中最令人关注的问题之一是信号转导。根据酵母 糖转运家族成员( 糖信号) 的分析, 人们推测植物糖 转运蛋白家族在糖转运和代谢的信号转导过程中直 接起作用( B a r k e r 等2
6、 0 0 0 ; W e i s e 等2 0 0 0 ; R e i n d e r s 等2 0 0 2 a , 2 0 0 2 b ) 。 在植物体内, 蔗糖的运输依赖于作为蔗糖分子 载体的蔗糖转运蛋白( s u c r o s e t r a n s p o r t e r s , S U T s ) , 又 称蔗糖- H+共转运蛋白( s u c r o s e - H+c o - t r a n s p o r t e r s , S U C s ) ( L e m o i n e 2 0 0 0 ; W i l l i a m s 等 2 0 0 0 ) 。 这是一 类典型的膜结
7、合蛋白分子, 广泛存在于高等植物的 组织和细胞中, 能够利用细胞内外H+ 浓度梯度对蔗 糖分子进行跨膜转运。根据氨基酸序列结构与特 性的分析, 蔗糖转运蛋白属于M F S 超家族( m a j o r f a - c i l i t a t o r s u p e r f a m i l y ) 中的一员, 它们的序列高度保 守, 是高疏水性蛋白, 含有1 2 个跨膜结构域, 中间 面向细胞质的部分有1 个大的胞质环, 将蛋白分 为各含6 个跨膜结构域的2 个半区, 即前半区和后 半区。近年来随着分子生物学的发展, 有关植物蔗糖 转运蛋白的生理功能的研究取得了突破性进展。 蔗糖转运蛋白编码基因
8、的分离及其结构与功能的研 究, 将有助于揭示植物碳同化物体内运输和代谢的 分子本质。 1 蔗糖转运蛋白和S U T s家族 自R i e s m e i e r 等( 1 9 9 2 ) 从菠菜中克隆到第1 个 植物蔗糖转运蛋白基因以来, 许多植物蔗糖转运蛋 白基因相继从各种植物中得到克隆。 R i e s m e i e r 等 于 1 9 9 3年从马铃薯中克隆了蔗糖转运蛋白基因 ( S t S U T 1 ) ( R i e s m e i e r 等1 9 9 3 ) 。 上述2 种植物的蔗 糖转运蛋白似乎都是单基因编码。通过 c D N A文 库异源筛选, 从拟南芥克隆到2 个不同蔗
9、糖转运蛋 白基因( A t S U C 1 、 A t S U C 1 ) ( S a u e r 和S t o l z 1 9 9 4 ) 。 表1 是已克隆到的主要的植物蔗糖转运蛋白基因及 其在器官或组织中的定位。综 述Reviews植物生理学通讯 第4 6 卷 第4 期, 2 0 1 0 年4 月318表1 植物蔗糖转运蛋白基因家族植物种类 基因蛋白登录号氨基酸残基数 表达特异性Km/ m m o l L- 1参考文献面罩花( A l o n s o a m e r i d i o n a l i s )A m S U T 1A A F 0 4 2 9 55 0 2韧皮部的汁液、花、根
10、1 . 8K n o p等 2 0 0 1芹菜( A p i u m g r a v e o l e n s )A g S U T 1A A C 9 9 3 3 25 1 2韧皮部、根 0 . 1 3 9N o i r a u d 等2 0 0 0芹菜( A p i u m g r a v e o l e n s )A g S U T 2 AA A D 4 5 3 9 05 1 2源叶、韧皮部、根N o i r a u d 等2 0 0 0芹菜( A p i u m g r a v e o l e n s )A g S U T 2 BA A D 4 5 3 9 15 1 2源叶、韧皮部、根N
11、o i r a u d 等2 0 0 0拟南芥( A r a b i d o p s i s t h a l i a n a )A t S U C 1Q 3 9 2 3 25 1 3花 0 . 4 5S a u e r 和S t o l z 1 9 9 4拟南芥( A r a b i d o p s i s t h a l i a n a )A t S U C 2Q 3 9 2 3 15 1 2花、根、伴胞 0 . 5 3S a u e r 和S t o l z 1 9 9 4拟南芥( A r a b i d o p s i s t h a l i a n a )A t S U C 3O 8
12、0 6 0 55 9 4筛管、保卫细胞、花 1 . 9S c h u l z e 等2 0 0 0拟南芥( A r a b i d o p s i s t h a l i a n a )A t S U C 4Q 9 F E 5 95 1 0伴胞1 2 ( p H 4 )6 ( p H 5 . 5 )W e i s e 等2 0 0 0拟南芥( A r a b i d o p s i s t h a l i a n a )A t S U C 5Q 9 C 8 X 25 1 2遍在 1L u d w i g 等 2 0 0 0拟南芥( A r a b i d o p s i s t h a l i
13、 a n a )A t S U C 6Q 6 A 3 2 94 9 2S a u e r 等2 0 0 4拟南芥( A r a b i d o p s i s t h a l i a n a )A t S U C 7Q 6 7 Y F 84 9 1花粉囊S a u e r 等2 0 0 4拟南芥( A r a b i d o p s i s t h a l i a n a )A t S U T 8Q 9 Z V K 64 9 2花、筛管 0 . 1 5S a u e r 等2 0 0 4拟南芥( A r a b i d o p s i s t h a l i a n a )A t S U T
14、9Q 9 F G 0 04 9 1花 0 . 5S a u e r 等2 0 0 4甜菜( B e t a v u l g a r i s )B v S U T 1C A A 5 8 7 3 05 2 3胡萝卜( D a u c u s c a r o t a )D c S U T 1 aC A A 7 6 3 6 75 0 1 0 . 5S h a k y a 和S t u r m1 9 9 8胡萝卜( D a u c u s c a r o t a )D c S U T 1 bC A A 7 6 3 6 85 0 1 0 . 5S h a k y a 和S t u r m1 9 9 8胡萝
15、卜( D a u c u s c a r o t a )D c S U T 2C A A 7 6 3 6 95 1 5茎、根尖、花 0 . 5S h a k y a 和S t u r m1 9 9 8大麦( H o r d e u m v u l g a r e )H v S U T 1C A J 2 0 1 2 35 2 3果实 3 . 8S i v i t z 等2 0 0 5大麦( H o r d e u m v u l g a r e )H v S U T 2C A B 7 5 8 8 15 0 6液泡E n d l e r 等2 0 0 6番茄( L y c o p e r s i
16、c o n e s c u l e n t u m )L e S U T 1C A A 5 7 7 2 64 2 9伴胞、筛管、韧皮部K r ge l 等2 0 0 8番茄( L y c o p e r s i c o n e s c u l e n t u m )L e S U T 2A A G 1 2 9 8 76 0 4筛管B a r k e r 等2 0 0 0番茄( L y c o p e r s i c o n e s c u l e n t u m )L e S U T 4A A G 0 9 2 7 05 0 0筛管1 1 . 6W e i s e 等2 0 0 0苹果( M a l u s d o m e s t i c a )M d S U T 1A Y 4 4 5 9 1 54 9 9果实、花、韧皮部 0
