拟南芥SWEET1/2/3基因突变体构建及功能鉴定

发布时间：2021-08-15 17:26

　　SWEET（sugars will eventually be exported transporters）基因广泛存在于植物、动物和微生物中,在细胞膜或者细胞器膜形成跨膜孔道,协助糖类物质完成跨膜运输。拟南芥SWEET1/2/3基因属于SWEET基因家族CladeⅠ分支。通过表达谱数据分析发现,SWEET1基因在花器官优先表达,SWEET2基因在营养生长和生殖生长期均有表达,SWEET3基因在花中表达。三个基因在体外鉴定具有葡萄糖转运活性,但由于缺少功能缺失的突变体和功能冗余,它们的生理功能仍不清楚。通过CRISPR/Cas9系统在SWEET1/2/3基因中创建了靶向突变,鉴定获得了sweet1、sweet1/2、sweet3和sweet1/2/3突变体。突变体在营养生长过程中表型与野生型相同,但它们的角果长度显著短于野生型的角果。在高浓度葡萄糖培养基上,sweet1、sweet1/2和sweet1/2/3突变体对葡萄糖敏感,其特征是根更短,高度严重降低,表明SWEET1/2/3基因在葡萄糖信号中具有功能。对葡萄糖信号通路中关键基因的进一步分析发现,HXK1、KIN10和KIN11在... 

【文章来源】：中国农业科技导报. 2020,22(02)北大核心CSCD

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【部分图文】：

不同物种的SWEET基因家族的系统发育分析

将上述CRISPR/Cas9产生的敲除突变体用于进一步的表型分析。与三个SWEET基因在生殖生长阶段的优先表达相吻合,sweet1、sweet1/2和sweet3突变体在营养生长阶段没有表现出明显的表型(图4)。然而,研究发现在生殖生长阶段突变体角果的长度明显比野生型的短(图5)。SWEET1/2/3基因突变仅影响角果的长度,不影响结实和种子的繁殖力。三突变体sweet1/2/3的果实长度与单突变体或双突变体相比较短,但是没有统计学上的差异,说明SWEET1、SWEET2和SWEET3基因在相同的遗传/生化途径中起作用。这些结果表明,CladeⅠ SWEET基因是角果长度的正调控因子。2.4 拟南芥突变体对葡萄糖敏感性分析

为了解由SWEET基因家族调控的糖信号通路,在含有3%蔗糖、6%葡萄糖和6%果糖的1/2 MS培养基上培养sweet1、sweet1/2、sweet3和sweet1/2/3纯合突变体和Col-0,一个月后生长状态如图6所示,虽然在3%蔗糖和6%果糖下未观察到表型差异,但在6%葡萄糖的培养基中,与Col-0相比,sweet1、sweet1/2和sweet1/2/3突变体幼苗的生长速率和总生物量显著降低,表现为叶小、早衰和根长较短,但sweet3突变体没有表现出更敏感。与长角型表型一致,双突变体sweet1/2和三突变体sweet1/2/3的葡萄糖敏感性表型与单突变体相似,这表明sweet1和sweet2基因在相同的遗传/生化途径中起作用,具有协同作用,但没有叠加功能。与sweet1突变体对6%葡萄糖的敏感性相比,sweet1/2和sweet1/2/3突变体没有表现出更敏感的表型,说明sweet1可能在葡萄糖信号传导中起着更重要的作用。图4 营养生长阶段纯合突变体的表型


本文编号：3344978