木薯糖转运蛋白MeSWEET18的克隆与功能分析

摘要

木薯(Manihot esculenta Crantz)是热带亚热带地区重要的粮食作物。而SWEET家族基因在植物运输糖类、生殖和发育、植物逆境、与病原体互作等方面发挥着重要作用。为了明确SWEET家族基因在木薯生长发育过程中的功能,本研究以木薯华南9号(SC9)作为实验材料,克隆糖转运蛋白基因MeSWEET18并进行生物信息学分析,通过酵母实验验证其糖转运能力;采用qRT-PCR分析该基因在木薯不同器官及不同发育时期的表达情况以及在非生物胁迫下的表达趋势。结果表明:MeSWEET18基因开放阅读框为714 bp,编码237个氨基酸,蛋白分子质量为25.94 kDa,理论等电点为6.57,不稳定系数为37.50,属于稳定类蛋白。MeSWEET18蛋白N端含有保守结构域MtN3_slv,C端含有PQ-loop super family保守结构域,且具有7个跨膜结构域,是典型的膜蛋白。ProtScale预测表明MeSWEET18蛋白属于亲水性蛋白。系统进化树分析发现MeSWEET18属于CladeⅣ亚类,与AtSWEET16、AtSWEET17亲缘关系最近;氨基酸序列同源分析显示,MeSWEET18和AtSWEET16的同源性达到53.23%,MeSWEET18和AtSWEET17的同源性达到56.05%。酵母功能互补试验显示MeSWEET18主要转运果糖。qRT-PCR结果表明,随着木薯的生长发育,MeSWEET18在膨大期的块根中表达水平最高,成熟期时急剧下降;而在叶片、叶柄和茎杆中的表达水平随着木薯的发育呈上升趋势,至成熟期达到最大值。黑暗条件下,蔗糖、葡萄糖和果糖溶液对SC9水培苗的处理结果显示,MeSWEET18受果糖影响明显。对SC9水培苗进行高盐(8 g/L NaCl)、干旱(100 mmol/L甘露醇)、氧化(10%H2O2)和低温(15℃24 h,后降至4℃24 h)等非生物胁迫,结果发现,MeSWEET18在叶片、叶柄、茎杆和根等不同器官的表达出现不同程度的变化。推测MeSWEET18在木薯的非生物胁迫中起着重要作用。