无论是动物,还是植物,糖在生物体的生长发育历程中都扮演着重要角色。糖不仅具有基本的骨架物质和营养物质的功能,还作为能量和信号物质等,参与动植物的整个生命过程。在很多高等的植物体内,叶绿体产生的碳水化合物主要是靠转化成蔗糖进行运输,少数以山梨醇等形式运输。拟南芥中,糖能够诱导上千个基因的转录,参与糖类、脂类等代谢通路。并且,糖还与多种植物激素(如油菜素内酯和赤霉素等)形成调控网络,参与植物不同阶段生理过程的调控。研究表明,糖还参与氮素利用以及生物和非生物胁迫,响应多种环境因子。植物通过绿色组织将环境中的二氧化碳同化为单糖,但葡萄糖、果糖等单糖不稳定,容易影响细胞渗透势,被酶类水解。因此,植物体内多以多糖和糖醇等稳定形式运输。植物体内,不同糖的转化和运输尤其重要。在长期进化历程中,动植物已经形成多种高效机制感应糖含量的变化,并产生多种生理变化来响应环境因子,调控个体的生长发育。糖转运蛋白,包括单糖和多糖转运蛋白,介导植物体内糖的运输、吸收利用。除此之外,有的糖转运蛋白还参与植物的逆境防御。多年以来,苹果在我国都是重要的经济树种,在国际水果市场上有重要地位。糖对果树的生长、苹果果实的品质以及经济价值的形成十分关键。目前,关于糖转运蛋白的研究主要集中在拟南芥等模式植物中,而苹果中糖积累的调控还有待进一步研究。因此,揭示苹果中的糖转运蛋白的生理功能,对苹果的育种和生产具有一定的现实意义。本课题首先选择35个国内常见苹果主栽品种,分析可溶性糖、有机酸等风味物质组分以及可溶性糖与其他物质的相关性。以苹果‘皇家嘎啦’为试材,克隆了苹果中的一个编码单糖转运蛋白的基因MdSTP1。表达分析显示,MdSTP1主要在果实中表达,并且随着果实发育过程,表达量逐渐提高,盐、ABA以及糖处理均能诱导MdSTP1的表达。通过MdSTP1异位表达拟南芥和MdSTP1过量表达苹果愈伤组织进一步解析MdSTP1在糖积累水平以及非生物胁迫抗性等方面的调控功能。具体研究结果如下:1.不同苹果主栽品种糖含量分析苹果果实中主要可溶性糖是果糖、葡萄糖,与部分有机酸组分具有相关性。2.果实发育过程中糖动态变化规律分析果实发育后期果糖和葡萄糖积累迅速,含量稳定。3.MdSTP1时空表达分析定量和化学组织染色技术分析MdSTP1在时间和空间的表达特性,结果发现MdSTP1在多种组织中均有表达,并且表达量随果实发育变化较大。4.MdSTP1基因调控糖积累分析MdSTP1对不同糖的响应,发现MdSTP1表达量在葡萄糖、果糖和蔗糖处理后,短时间内均有显著上升。异位表达拟南芥和过量表达苹果愈伤组织中,可溶性糖含量均有明显提高,生长势较对照也更好。5.MdSTP1调控植物生长发育研究发现,异位表达拟南芥在葡萄糖和蔗糖处理后,主根长度减小和侧根数量明显增多,以上结果表明,MdSTP1增强了植物对葡萄糖和蔗糖的敏感性。此外,生长实验还发现,MdSTP1转基因拟南芥株系的开花时间变的比野生型更早,结合拟南芥转化植株的可溶性糖含量有所增加,推测MdSTP1可能通过糖积累水平参与开花的调控。6.MdSTP1对非生物胁迫抗性研究qRT-PCR实验发现,MdSTP1能够响应ABA和盐处理。对MdSTP1拟南芥转基因株系和野生型进行ABA以及高浓度的盐处理,发现MdSTP1转基因拟南芥的长势明显变差,比野生型变化差异更大。表明MdSTP1降低了拟南芥对ABA和盐的耐受性。