水稻糖代谢相关酶和糖类转运蛋白编码基因的鉴定和表达分析

文章编号：0439-8114（2019）22-0185-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.22.043           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Identification and expression analysis of genes encoding carbohydrate metabolism enzymes and sugar transporters

WANG Yi-jie，ZHANG Shao-jie，LAI Yan，HU Yong-feng

（Jingchu University of Technology/Institute of Plant Germplasm Resources Exploitation and Utilization，Jingmen 448000，Hubei，China）

Abstract： Starch accumulation in rice（Oryza sativa L.） seeds is the basis of rice yield formation. In filling stage sucrose is synthesized in rice leaves by photosynthesis， and then transported to seeds providing materials for starch synthesis. Several enzymes and transporters in this process have been reported. In this paper the genes encoding enzymes involved in carbohydrate metabolism including Calvin cycle， sucrose synthesis and degradation， starch synthesis and degradation and genes encoding sugar transporters were analyzed systematically. 148 genes encoding carbohydrate metabolism enzymes and 102 genes encoding sugar transporters were identified. 228 of these genes have been reported previously and 22 genes were found for the first time. Expression profile analysis indicates that some genes showed tissue specific expression pattern， which is closely related to their function. Expression of many genes was affected by abiotic stresses， demonstrating the important role of these genes in resistance to stress.

Key words： rice（Oryza sativa L.）; carbohydrate metabolism; sugar transporter; yield formation

水稻（Oryza sativa L.）是中國主要的粮食作物之一，提高水稻产量是育种学家主要的育种目标，水稻子粒淀粉的积累是水稻的产量形成的基础，子粒淀粉合成的原料来源于叶片光合作用的产物，将叶片等可输出光合产物的器官称为“源”器官，而子粒等消耗或者储藏光合产物的器官称为“库”器官，连接源库器官的系统称为“流”，源流库协同作用是提高水稻产量的重要生理基础[1]。

植物体内光合产物的形成、运输以及在子粒中淀粉合成的过程已有一定的研究基础。通过光合作用的卡尔文循环在叶片叶绿体中形成磷酸丙糖，磷酸丙糖被运输至细胞质中用于合成蔗糖[2]。在双子叶植物中磷酸丙糖可在叶绿体中暂时合成淀粉[3]，但在水稻中淀粉的暂时储存是发生在叶鞘和茎中，在抽穗之前蔗糖被运输至叶鞘和茎中用于暂时合成淀粉，抽穗之后淀粉分解用于合成蔗糖，然后运输至子粒合成淀粉[4]。蔗糖是植物运输光合产物的主要形式，叶肉细胞产生的蔗糖通过共质体和质外体两种途径短距离运输到源端韧皮部，装载到筛管-伴胞复合体中，然后在筛管中进行长距离运输，在库端韧皮部卸载，并通过共质体和质外体两种途径进入库器官[1]。蔗糖可通过蔗糖转运蛋白直接进入细胞质分解，也可在细胞外分解为单糖后由单糖转运蛋白转运进入细胞质，单糖最终被运输至子粒的质体中用于淀粉的合成[2]（图1）。

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