Nature：开花植物如何将糖转运出去以吸引传粉者

花蕊

开花植物出现时的进化大爆炸，被达尔文称为“恼人之谜”(abominABLe mystery)，花蜜形成无疑是这一过程中的一个关键事件。现在科学家发现，开花植物的花蜜生产需要糖转运蛋白SWEET9和一些特殊的基因。

花蜜对于开花植物的重要性不言而喻，不过迄今为止植物生产和分泌花蜜的过程仍然是个谜。这项新研究不仅向人们展示了花蜜合成和分泌中的关键元件，还指出这些元件出现在开花植物进化的早期。

多样性是进化的基础，种群多样性能够确保物种在自然界的竞争力，而有性生殖则是多样化形成的关键。由于植物基本不能移动，它们就需要解决一个重要的问题，即如何将自己的遗传物质传播出去。为此植物在漫长的进化过程中，形成了一个吸引并犒劳传粉者的特殊器官——蜜腺，诱使能够飞行的昆虫、鸟类和蝙蝠前来。

斯坦福大学卡内基研究所、马普化学生态学研究所、明尼苏达大学、中国农业大学资源与环境学院的研究人员，对三种不同的开花植物(拟南芥、芜菁和野生烟草)进行了研究，在蜜腺中寻找可能涉及糖转运的转运蛋白。他们发现，SWEET9在三种不植物中都是糖转运的关键，对于花蜜生产至关重要。

研究人员构建了缺乏SWEET9的基因工程植物，发现这种植物无法分泌花蜜，但植物的茎中出现了糖的累积。随后，他们又鉴定了植物生产蔗糖所必须的基因。研究显示，这些基因是花蜜分泌必不可少的。

研究显示，开花植物在蜜腺中生产蔗糖，并通过SWEET9将其转运到蜜腺的细胞外空间，在这一区域形成蔗糖、葡萄糖和果糖的混合物。对于研究中的植物来说，这三种糖组成了花蜜的主要溶质，而这些物质正是蜂蜜生产蜂蜜的先决条件。

野生烟草

“SWEET家族是将光合作用产物从叶片输送到种子的关键转运蛋白。我们相信，在第一批开花植物形成蜜腺之时，SWEET9糖转运蛋白就出现了。这是植物吸引和犒劳传粉者的重要一步，有助于提高植物的遗传多样性，”领导这项研究的Wolf Frommer说。

原文摘要：

Nectar secretion requires sucrose phosphate synthases and the sugar transporter SWEET9

I Winnie Lin, Davide Sosso, Li-Qing Chen, Klaus Gase, Sang-Gyu Kim, Danny Kessler,Peter M. Klinkenberg, Molly K. Gorder, Bi-Huei Hou, Xiao-Qing Qu, Clay J. Carter, Ian T. Baldwin & Wolf B. Frommer

Angiosperms developed floral nectaries that reward pollinating insects. Although nectar function and composition have been characterized, the mechanism of nectar secretion has remained unclear. Here we identify SWEET9 as a nectary-specific sugar transporter in three eudicot species: Arabidopsis thaliana, Brassica rapa (extrastaminal nectaries) and Nicotiana attenuata(gynoecial nectaries). We show that SWEET9 is essential for nectar production and can function as an efflux transporter. We also show that sucrose phosphate synthase genes, encoding key enzymes for sucrose biosynthesis, are highly expressed in nectaries and that their expression is also essential for nectar secretion. Together these data are consistent with a model in which sucrose is synthesized in the nectary parenchyma and subsequently secreted into the extracellular space via SWEET9, where sucrose is hydrolysed by an apoplasmic invertase to produce a mixture of sucrose, glucose and fructose. The recruitment of SWEET9 for sucrose export may have been a key innovation, and could have coincided with the evolution of core eudicots and contributed to the evolution of nectar secretion to reward pollinators.

标签: 基因 开花植物 糖转运蛋白 SWEET9

作者：生物帮 点击：次