阿拉伯芥液胞膜上的SWEETs轉運蛋白其?能以及調控

Abstract

植物行光合作用產生的碳水化合物除了運送到各個所需組織外，有些醣類會從根分泌出去導致喪失，但根部醣類分泌的機制尚未被了解的很透徹，目前已知SWEET轉運蛋白在醣輸出機制中扮演重要的角色於本研究中，利用(qRT)-PCR分析阿拉伯芥的所有組織顯示出SWEET16以及SWEET17在根部具有較高的表現量，藉由報導基因 (?-Glucoronidase) 的轉植株，不論是轉錄還是轉譯的層次也顯示出SWEET16以及SWEET17主要表現在根部。藉由融合上報導螢光基因 (Green Fluorescence Protein) 表現在阿拉伯芥上，觀察SWEET16以及SWETT17其細胞內表現的位置，發現SWEET16以及SWETT17主要表現在液胞膜上。當處理醣類的逆境時，SWEET17會受到缺醣，如黑暗處理及受傷，或者醣毒害 如1% Fructose及 5 mM Galactose等誘導表現。而這些處理皆可導致液胞膜中的醣的釋放或Fructose累積，顯示SWETT17與液胞Fructose的調節有關，同時在處理醣類的逆境時，並不會改變細胞的表現位置，仍主要表現在液胞膜上。給予高濃度的Fructose時，可以發現若將sweet16以及sweet17突變掉或是過度表達會導致阿拉伯芥的根的長度會減短或增長，而當處理過多的Galactose時， sweet17突變或是過度表達也會導致阿拉伯芥的側根數會減少或增多。這些結果指出液胞膜上的SWEET16以及SWETT17會將過多的Fructose或者Galactose儲存於液胞之中，減少對植物細胞的毒害。低溫時，植物細胞會儲存醣類在液胞之中來對抗逆境，雖然在低溫逆境下，藉由報導基因 (GUS fusion protein) 觀察到SWEET17的表現受到抑制，但從外表型來看過度表達SWEET17的轉植株以及突變株，並無顯著差異。而過度表達SWEET17的轉植株以及突變株在高濃度的Fructose的環境下並不會影響到其發芽率。因此我們推測SWEET17在根部液胞中Fructose的雙向運輸扮演一個重要的角色，來維持Fructose的恆定而也?進一步影響葉片醣的輸出。另外SWEET可能與根病原菌 (Pythium) 的感染有關，初步的(qRT)-PCR結果發現根部中的SWEET2以及SWEET10基因會受到根腐病菌(Pythium)感染誘導使表現量提高，再利用(qRT)-PCR分析不同生育階段及不同組織中的表現，顯示SWEET2表達在所有的組織，而SWEET10則主要表現在花及成熟植株的莖部。但當利用SWEET2-GUS fusion　protein分析時，則發現SWEET2主要表達在根部。且當受根腐病菌 (Pythium) 感染時，SWEET2-GUS 在側根的表現明顯受到誘導。SWEET10-GUS 的表現雖然也受到誘導，但表現量明顯較低。藉由，SWEET2-GFP的表現，觀察在其細胞內表現的位置，發現主要表現在液胞膜上，因此SWEET2也為液胞膜上的轉運蛋白。再利用SWEET2過度表達轉殖株及突變株來觀察對生長的重要性。結果發現sweet2突變株在1 5% Sucrose、3% Glucose及0 2% Galactose的毒害下，較野生型有較低的發芽率。但在過度表達SWEET2轉殖株種子中，發芽率則無差異。此外也觀察到SWEET2過度表達以及突變會分別會延後及提早開花的時間。進一步分析植物的成熟葉、幼葉、花的醣類含量，顯示在突變及過度表達的組織中，Fructose與Galactose含量皆較野生型低。缺氮或者低溫逆境下也觀察到相同的趨勢。因此我們推論SWEET2可能會影響液胞中Fructose與Galactose的雙向運送，進而影響根部sugar efflux而影響與根腐病菌(Pythium)的交互作用。

Date of Award	2014 Sept 2
Original language	Chinese
Supervisor	Woei-Jiun Guo (Supervisor)