甘蔗蔗糖磷酸合成酶SPSⅢ基因表达分析

甘蔗蔗糖积累过程是甘蔗最重要的代谢途径，与甘蔗产 量和品质形成密切相关。甘蔗蔗糖积累过程主要涉及蔗糖合 成酶（ｓｕｃｒｏｓｅｓｙｎｔｈａｓｅ，简 称 ＳＳ）、蔗 糖 磷 酸 合 成 酶 （ｓｕｃｒｏｓｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓｙｎｔｈａｓｅ，简 称 ＳＰＳ）、可 溶 性 酸 性 转 化 酶 （ａｃｉｄ ｉｎｖｅｒｔａｓｅ，简称 ＡＩ）和中性转化酶（ｎｅｕｔｒａｌｉｎｖｅｒｔａｓｅ，简称 ＮＩ） 等，与蔗糖合成和分解反应密切相关 。 ［１－２］ ＳＰＳ在蔗糖代谢 中被认为是控制蔗糖合成的一个关键酶，其活性不仅能影响 蔗糖的合成能力，还影响光合同化碳的分配和糖分积累 。 ［１－６］ Ｌａｎｇｅｎｋｍｐｅｒ等用生物信息学方法对高等植物已知的 ＳＰＳ基 因的全长序列和其保守序列进行分析，把 ＳＰＳ基因分为 Ａ、 Ｂ、Ｃ这 ３个家族 。 ［７］ 但 Ｃａｓｔｌｅｄｅｎ等对小麦等单子叶植物的 ＳＰＳ基因进行研究后发现，单子叶植物中的 ＳＰＳ基因分为 ５ 个家族，除 了 存 在 Ａ（Ⅱ）、Ｂ（Ⅴ）、Ｃ（Ⅰ）家 族 外，还 包 括 Ｄ（Ⅲ）和 Ｄ（Ⅳ）家族［８］。目前，从美国国家生物技术信息中 心网站（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ）上 检 索 可 知，已 经 从 玉 米［９］、菠 菜［１０］、甜 菜［１１］、柑 橘［１２］、苹 果［１３］、水 稻［１４］、甘 蔗［１５］、马铃薯［１６］等作物中克隆到 ＳＰＳ基因。
收稿日期：２０１６－０８－０９ 基金 项 目：“十 二 五 ”农 村 领 域 国 家 科 技 计 划 课 题 （编 号：
２０１３ＡＡ１０２６０４－１）；国 家 自 然 科 学 基 金 青 年 科 学 基 金 （编 号： ３１４００２８１）；广 西 自 然 科 学 基 金 （编 号：２０１３ＧＸＮＳＦＡＡ０１９０７７、 ２０１３ＧＸＮＳＦＡＡ０１９０８８）；广 西 重 点 实 验 室 建 设 项 目 （编 号：１２－ ０７１－０９）；广西农业科学院团队项目（编号：桂农科 ２０１５ＹＴ９６）；广 西农业科学院科技发展基金（编号：桂农科 ２０１５ＪＭ２４）。 作者简介：黄诚梅（１９７７—），女，广西防城港人，博士，副研究员，主要 从事甘蔗栽培与分子生物学研究。Ｔｅｌ：（０７７１）３２７９４３２；Ｅ－ｍａｉｌ： ｈｕａｎｇｃｈｅｎｇｍｅｉ＠ｇｘａａｓ．ｎｅｔ。 通信 作 者：李 杨 瑞，博 士，教 授，主 要 从 事 甘 蔗 研 究。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｙｒ＠ ｇｘａａｓ．ｎｅｔ。
江苏农业科学 ２０１８年第 ４６卷第 ２期
黄诚梅，杨翠芳，魏源文，等．甘蔗蔗糖磷酸合成酶 ＳＰＳⅢ 基因表达分析［Ｊ］．江苏农业科学，２０１８，４６（２）：１７来自百度文库２０． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１８．０２．００４
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甘蔗蔗糖磷酸合成酶 ＳＰＳⅢ 基因表达分析
１ 材料与方法
１．１ 植物材料与试剂 供试甘蔗材料包括桂糖 ２８号（ＧＴ２８）、果蔗 Ｂａｄｉｌａ、新台
糖 ２０号（ＲＯＣ２０）、新台糖 ２２号（ＲＯＣ２２），均由广西农业科 学院广西遗传改良生物技术重点开放实验室提供。
甘蔗（ＳａｃｃｈａｒｕｍｏｆｆｉｃｉｎａｒｕｍＬ．）是最主要的糖料作物，蔗 糖占世界食糖总产量的 ７６％，占我国食糖总产量的 ９０％ 以 上。作为 Ｃ４ 高生物量和高纤维作物，甘蔗是一种理想的能源 作物。蔗糖代谢是甘蔗生长发育过程中最重要的代谢途径。 甘蔗 ＳＰＳ基因 ＳＰＳⅡ 于 １９９７年被成功克隆［１５］，近年来，甘蔗 ＳＰＳ基因 家 族 的 其 他 成 员 也 先 后 被 成 功 克 隆，如 ＳＰＳⅡ （ＥＵ２６９０３８．１）、ＳＰＳⅢ （ＥＵ２７８６１８．１、ＥＵ２７８６１７．１）、ＳＰＳＡ （ＨＭ８５４０１１．１）、ＳＰＳＢ（ＪＮ５８４４８５．１、ＨＱ１１７９３５．１）。但到 目 前为止，对甘蔗 ＳＰＳ基因家族的功能及表达特性等方面的研究 报道仍然较少。利用已克隆的甘蔗 ＳＰＳⅢ ｃＤＮＡ片段，通过半 定量 ＲＴ－ＰＣＲ方法对 ＳＰＳⅢ 在工艺成熟期中甘蔗不同基因型 及其不同部位中的表达差异进行分析，为进一步研究 ＳＰＳⅢ 的 表达特性及其在甘蔗蔗糖代谢中的作用机制提供参考。
黄诚梅１，杨翠芳１，２，魏源文１，邓智年２，吴凯朝２，曹辉庆１，李杨瑞１，２
（１．广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室，广西南宁 ５３０００７； ２．中国农业科学院甘蔗研究中心 ／农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西南宁 ５３０００７）
摘要：为探讨蔗糖磷酸合成酶（ｓｕｃｒｏｓｅｐｈｏｓｐｈａｔｅｓｙｎｔｈａｓｅ，简称 ＳＰＳ）对甘蔗糖分代谢的重要影响，以 ４个甘蔗品种 桂糖 ２８号（ＧＴ２８）、果蔗 Ｂａｄｉｌａ、新台糖 ２０号（ＲＯＣ２０）、新台糖 ２２号的 ＋１、０叶（最高可见肥厚带的第 １张完全展开 叶为 ＋１叶，自下而上位于 ＋１叶之上的为 ０叶）、幼嫩叶鞘、幼茎等部位为材料，采用半定量 ＲＴ－ＰＣＲ技术分析甘蔗 蔗糖磷酸合成酶基因（简称 ＳＰＳⅢ ）在工艺成熟期不同部位中的表达情况。结果表明，在工艺成熟期间，ＳＰＳⅢ 在 ４个 甘蔗基因型的 ＋１、０叶、幼嫩叶鞘和幼茎中均有表达，表达量因基因型及测定部位与时期不同而不同；在工艺成熟初 期，以 ＧＴ２８的 ４个部位较其他 ３个品种的低，而在果蔗 Ｂａｄｉｌａ的 ４个部位中表达较稳定，在 ＲＯＣ２０中以嫩叶鞘表达 最高，而在 ＲＯＣ２２中以幼茎表达最高，在工艺成熟中期，ＳＰＳⅢ 在 ４个甘蔗基因型中的 ＋１、０叶、幼嫩叶鞘和幼茎中的 表达较初期没有明显差异；在工艺成熟后期，ＳＰＳⅢ 在 ４个甘蔗基因型中的 ＋１、０叶、幼嫩叶鞘和幼茎中的表达较前 ２ 个时期迅速提高，均达到了较高的表达水平。 关键词：甘蔗；蔗糖磷酸合成酶基因 ＳＰＳⅢ ；基因表达；半定量 ＲＴ－ＰＣＲ；糖分代谢 中图分类号：Ｓ５６６．１０１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０１８）０２－００１７－０３