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(zhì)和經(jīng)濟價值的核心要素。肉質(zhì)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(zhuǎn)運蛋白介導果實糖積累。目前，不同類型糖轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運蛋白參與糖積累的背后分子機制卻少有詳盡系統(tǒng)地解析，且果實發(fā)育過程中糖轉(zhuǎn)運蛋白的動態(tài)轉(zhuǎn)錄調(diào)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(jīng)濟作物，果實的高糖含量經(jīng)過數(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(zhuǎn)運蛋白VvSWEET15功能及其轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，揭示了轉(zhuǎn)錄因子VvERF105和VvNAC72在漿果成熟過程中如何協(xié)同調(diào)控VvSWEET15的時空表達。研究表明，VvSWEET15在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)錄激活與抑制的動態(tài)平衡，精確地調(diào)控了葡萄果實的糖代謝，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(zhuǎn)化和穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)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(xiàn)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(diào)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(jīng)濟作物中的同源基因轉(zhuǎn)運蔗糖，而VvSWEET15在葡萄中主要轉(zhuǎn)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(zhì)改良提供了理論依據(jù)。通過對轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子及糖運輸基因的精確調(diào)控，未來有望開發(fā)出高糖優(yōu)質(zhì)果實新品種，為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展提供新契機，也為開發(fā)適應性更強、品質(zhì)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。

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(zhì)資源的收集與創(chuàng)制；

2. 葡萄新品種選育；

3. 果樹品質(zhì)與抗性遺傳調(diào)控機制解析；

4. 多年生果樹作物育種理論基礎與方法。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻