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果實中的糖積累不僅決定了甜度和風味，還影響了次生代謝和抗逆性能，是果實品質和經濟價值的核心要素。肉質果實（葡萄、蘋果和番茄等）通過韌皮部篩管-伴胞復合體將光合葉片中的糖長距離運輸至漿果，并在漿果維管束韌皮部伴胞卸載，最終將糖貯存于中果皮細胞液泡中。

糖轉運蛋白介導果實糖積累。目前，不同類型糖轉運蛋白的功能已在多種植物的源器官（如葉片）中得到了較深入的研究，然而，果實中糖轉運蛋白參與糖積累的背后分子機制卻少有詳盡系統地解析，且果實發(fā)育過程中糖轉運蛋白的動態(tài)轉錄調控機制也未見報道。葡萄（Vitis vinifera L.）作為一種全球重要的果樹經濟作物，果實的高糖含量經過數千年的馴化，不僅使其成為釀酒的理想原料，還可能使其成為探究植物碳匯能力的潛在模式器官。

國家植物園（南園）葡萄與葡萄酒科學研發(fā)團隊以葡萄為研究對象，深入探究了糖轉運蛋白VvSWEET15功能及其轉錄調控機制，揭示了轉錄因子VvERF105和VvNAC72在漿果成熟過程中如何協同調控VvSWEET15的時空表達。研究表明，VvSWEET15在轉色（véraison）階段高度表達，促進己糖在漿果中的快速積累。VvERF105作為抑制因子，在轉色前結合啟動子上的LTR核心元件（CCGAAA），抑制VvSWEET15的表達，從而限制己糖積累；而VvNAC72則在轉色后通過結合啟動子中的CACATG元件激活VvSWEET15的表達，加速糖分積累。這種轉錄激活與抑制的動態(tài)平衡，精確地調控了葡萄果實的糖代謝，為高糖積累提供了保障。

轉錄因子調控VvSWEET15表達響應葡萄果實己糖積累模型

團隊進一步利用葡萄果實的瞬時遺傳轉化和穩(wěn)定遺傳轉化番茄驗證VvSWEET15功能。不僅確認了VvSWEET15在促進葡萄糖和果糖積累中的關鍵作用，而且發(fā)現VvSWEET15的過表達顯著提高了番茄果實中葡萄糖和果糖含量，為VvSWEET15在多種作物中的應用奠定了基礎。同時外源葡萄糖和果糖處理明顯增強了VvSWEET15表達，表明糖水平可能反饋調節(jié)VvSWEET15基因的表達，優(yōu)化糖積累過程。此外，VvSWEET15在擬南芥、水稻和柑橘等模式植物和經濟作物中的同源基因轉運蔗糖，而VvSWEET15在葡萄中主要轉運己糖，這一差異可能反映了SWEET家族基因在植物進化過程中功能的多樣化。

這項研究不僅為解析葡萄漿果中高己糖積累的機制提供了重要線索，也為果實品質改良提供了理論依據。通過對轉錄調控因子及糖運輸基因的精確調控，未來有望開發(fā)出高糖優(yōu)質果實新品種，為農業(yè)經濟發(fā)展提供新契機，也為開發(fā)適應性更強、品質更高的作物品種開辟了新途徑。

相關成果于近日在線發(fā)表于國際學術期刊The Plant Cell上，國家植物園（南園）博士后陸麗珍為論文第一作者，梁振昌研究員為通訊作者。研究得到了國家自然科學基金、重點研發(fā)計劃等項目的資助。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koae326

葡萄與葡萄酒科學研發(fā)團隊

負責人：梁振昌研究員

郵箱：ZL249@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

1. 葡萄種質資源的收集與創(chuàng)制；

2. 葡萄新品種選育；

3. 果樹品質與抗性遺傳調控機制解析；

4. 多年生果樹作物育種理論基礎與方法。