果實(shí)中的糖積累不僅決定了甜度和風(fēng)味，還影響了次生代謝和抗逆性能，是果實(shí)品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的核心要素。肉質(zhì)果實(shí)（葡萄、蘋(píng)果和番茄等）通過(guò)韌皮部篩管-伴胞復(fù)合體將光合葉片中的糖長(zhǎng)距離運(yùn)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(xì)胞液泡中。

糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)果實(shí)糖積累。目前，不同類(lèi)型糖轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)中糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與糖積累的背后分子機(jī)制卻少有詳盡系統(tǒng)地解析，且果實(shí)發(fā)育過(guò)程中糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制也未見(jiàn)報(bào)道。葡萄（Vitis vinifera L.）作為一種全球重要的果樹(shù)經(jīng)濟(jì)作物，果實(shí)的高糖含量經(jīng)過(guò)數(shù)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(guó)家植物園（南園）葡萄與葡萄酒科學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)以葡萄為研究對(duì)象，深入探究了糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白VvSWEET15功能及其轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，揭示了轉(zhuǎn)錄因子VvERF105和VvNAC72在漿果成熟過(guò)程中如何協(xié)同調(diào)控VvSWEET15的時(shí)空表達(dá)。研究表明，VvSWEET15在轉(zhuǎn)色（véraison）階段高度表達(dá)，促進(jìn)己糖在漿果中的快速積累。VvERF105作為抑制因子，在轉(zhuǎn)色前結(jié)合啟動(dòng)子上的LTR核心元件（CCGAAA），抑制VvSWEET15的表達(dá)，從而限制己糖積累；而VvNAC72則在轉(zhuǎn)色后通過(guò)結(jié)合啟動(dòng)子中的CACATG元件激活VvSWEET15的表達(dá)，加速糖分積累。這種轉(zhuǎn)錄激活與抑制的動(dòng)態(tài)平衡，精確地調(diào)控了葡萄果實(shí)的糖代謝，為高糖積累提供了保障。

轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控VvSWEET15表達(dá)響應(yīng)葡萄果實(shí)己糖積累模型

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用葡萄果實(shí)的瞬時(shí)遺傳轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化番茄驗(yàn)證VvSWEET15功能。不僅確認(rèn)了VvSWEET15在促進(jìn)葡萄糖和果糖積累中的關(guān)鍵作用，而且發(fā)現(xiàn)VvSWEET15的過(guò)表達(dá)顯著提高了番茄果實(shí)中葡萄糖和果糖含量，為VvSWEET15在多種作物中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)外源葡萄糖和果糖處理明顯增強(qiáng)了VvSWEET15表達(dá)，表明糖水平可能反饋調(diào)節(jié)VvSWEET15基因的表達(dá)，優(yōu)化糖積累過(guò)程。此外，VvSWEET15在擬南芥、水稻和柑橘等模式植物和經(jīng)濟(jì)作物中的同源基因轉(zhuǎn)運(yùn)蔗糖，而VvSWEET15在葡萄中主要轉(zhuǎn)運(yùn)己糖，這一差異可能反映了SWEET家族基因在植物進(jìn)化過(guò)程中功能的多樣化。

這項(xiàng)研究不僅為解析葡萄漿果中高己糖積累的機(jī)制提供了重要線索，也為果實(shí)品質(zhì)改良提供了理論依據(jù)。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子及糖運(yùn)輸基因的精確調(diào)控，未來(lái)有望開(kāi)發(fā)出高糖優(yōu)質(zhì)果實(shí)新品種，為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新契機(jī)，也為開(kāi)發(fā)適應(yīng)性更強(qiáng)、品質(zhì)更高的作物品種開(kāi)辟了新途徑。

相關(guān)成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊The Plant Cell上，國(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

葡萄與葡萄酒科學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)

負(fù)責(zé)人：梁振昌研究員

郵箱：ZL249@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

1. 葡萄種質(zhì)資源的收集與創(chuàng)制；

2. 葡萄新品種選育；

3. 果樹(shù)品質(zhì)與抗性遺傳調(diào)控機(jī)制解析；

4. 多年生果樹(shù)作物育種理論基礎(chǔ)與方法。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻