李丹丹，許馨露，翟建云，孫建飛，曹友志，高 巖，張汝民

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 省部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室培育基地，浙江 杭州311300）

毛竹筍竹快速生長期可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與PeTPS1/PeSnRK1基因表達(dá)分析

李丹丹1，許馨露1，翟建云1，孫建飛1，曹友志2，高 巖1，張汝民1

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 省部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室培育基地，浙江 杭州311300）

為探討毛竹Phyllostachys edulis筍竹快速生長期可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化與PeTPS1和PeSnRK1基因的表達(dá)情況，明確它們與毛竹快速生長的關(guān)系，采用實時熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（qRT-PCR）分析技術(shù)對筍竹快速生長期不同時間（黃昏后0，4和8 h）和不同部位（筍竹上部、中部、下部和竹篼）PeTPS1和PeSnRK1基因表達(dá)量進(jìn)行分析，并采用試劑盒法測定糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明：筍竹莖稈上部可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不顯著；黃昏后8 h中部葡萄糖、果糖、蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與黃昏時相比分別下降了2.2倍、1.4倍和1.6倍；營養(yǎng)儲存器官竹蔸中黃昏后8 h葡萄糖、果糖、蔗糖、海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與黃昏時相比分別下降了1.6倍、1.3倍、1.4倍和1.3倍。筍竹中部黃昏后8 h PeTPS1基因的表達(dá)量為下部的4.8倍；黃昏后8 h竹蔸中PeSnRK1基因表達(dá)量均顯著高于其他部位，為黃昏時的1.7倍。隨黃昏時間變化毛竹快速生長過程中不同部位碳水化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其相關(guān)調(diào)控基因不斷變化，可溶性糖不斷消耗以供應(yīng)筍竹快速生長部位的生長，同時PeTPS1基因被上調(diào)合成海藻糖以保證充足的碳源，而PeSnRK1基因則呈現(xiàn)出與PeTPS1基因表達(dá)相反的變化趨勢。推測T6P/SnRK1信號共同調(diào)節(jié)黑暗中筍竹快速生長，在毛竹快速生長這一關(guān)鍵生理過程中具有重要作用。研究成果為進(jìn)一步明確毛竹速生生長機(jī)制以及指導(dǎo)其他樹木的速生和育種具有重要意義。圖4表1參35

植物學(xué)；毛竹；糖；PeTPS1；PeSnRK1；快速生長

碳水化合物是光合作用的最終產(chǎn)物，不僅為植物體的生長發(fā)育和生理代謝提供能量，同時也作為信號分子在物質(zhì)運輸、滲透調(diào)節(jié)、抵抗脅迫、基因表達(dá)等方面起重要作用［1］。櫻桃番茄Lycopersicum esculentum var.cerasiforme果實在發(fā)育成熟過程中，蔗糖被不斷分解，而葡萄糖和果糖逐漸積累［2］。對溫州蜜柑Citrus unshiu研究發(fā)現(xiàn)［3］，蜜柑果實成熟過程中可食組織中糖不斷增加，而果糖激酶活性不斷下降。擬南芥Arabidopsis thaliana中編碼淀粉降解相關(guān)基因的表達(dá)受光照時間和生物鐘調(diào)控，持續(xù)黑暗條件下，碳水化合物水平、轉(zhuǎn)錄水平和蛋白質(zhì)水平相互協(xié)調(diào)，糖促進(jìn)擬南芥下胚軸伸長［4-5］。海藻糖可以誘導(dǎo)光合器官中調(diào)控碳水化合物合成酶的激活［6］，高濃度海藻糖抑制擬南芥根中碳水化合物分配，抑制根的伸長［7］；逆境條件下植物體內(nèi)海藻糖含量增加以抵抗脅迫［8］。WINGLER等［9］發(fā)現(xiàn)海藻糖通過調(diào)節(jié)糖調(diào)控基因的表達(dá)影響擬南芥幼苗的生長代謝。海藻糖磷酸合成酶（trehalose-6-phosphate synthase,TPS1）作為一種信號來調(diào)控海藻糖-6-磷酸（T6P）的合成，T6P通過磷酸海藻糖磷酸酶（TPP）轉(zhuǎn)化為海藻糖，從而促進(jìn)植物的生長發(fā)育［10］。 對水稻 Oryza sativa［11］， 煙草 Nicotiana tabacum［12］和小麥 Triticum aestivum［13］等植物幼苗研究發(fā)現(xiàn)：植物體通過調(diào)控TPS1基因的表達(dá)來增加體內(nèi)海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而提高其抗逆性。植物蔗糖非發(fā)酵-1-型相關(guān)蛋白激酶1（sucrose non-fermenting-1（SNF1）-related kinase 1,SnRK1）是植物中糖信號調(diào)控的一種關(guān)鍵激酶，廣泛參與植物的細(xì)胞周期調(diào)控、生長發(fā)育、病蟲害防御、激素信號傳導(dǎo)和非生物脅迫等各種信號的應(yīng)答反應(yīng)［14］。能量匱乏條件下，擬南芥SNF1相關(guān)蛋白激酶催化亞基KIN10和KIN11促進(jìn)合成代謝基因的表達(dá)，抑制分解代謝基因的表達(dá)以響應(yīng)脅迫［15］。反義表達(dá)SnRK1馬鈴薯Solanum tuberosum葉片喪失蔗糖合成酶的轉(zhuǎn)錄功能［16］；對水稻和擬南芥研究發(fā)現(xiàn)：SnRK1活性的高低嚴(yán)重影響著脅迫誘導(dǎo)型基因的表達(dá)，從而增強植物抗逆性［17］。植物中可溶性糖和SnRK1一同作為生物發(fā)育的糖信號調(diào)控物質(zhì)，與糖信號途徑相互作用。能量缺乏時，SnRK1抑制植物體生長，T6P通過抑制SnRK1的表達(dá)來調(diào)控基因的表達(dá)，保證植物在營養(yǎng)缺乏逆境條件下能夠存活生長［18］。ZHANG等［19］研究發(fā)現(xiàn)，微摩爾濃度的T6P就可以抑制擬南芥幼苗及其他植物幼嫩組織SnRK1活性。葡萄糖和蔗糖可以緩解高濃度海藻糖對植物生長的抑制作用，蔗糖和海藻糖在糖感受調(diào)控基因的表達(dá)中有相似的作用，海藻糖能代替蔗糖，調(diào)控碳水化合物的代謝［20］。蔗糖調(diào)控基因SnRK1與海藻糖相互作用，調(diào)控植物碳代謝、基因表達(dá)，為植物的生長發(fā)育及其代謝提供保證［21］。毛竹Phyllostachys edulis是重要的經(jīng)濟(jì)資源、造園材料，關(guān)于毛竹的研究目前主要集中在莖稈解剖結(jié)構(gòu)［22］、不同生長期莖稈色素含量［23］、快速生長期水勢變化［24］、基因組學(xué)及快速生長期節(jié)間伸長相關(guān)蛋白的表達(dá)［25-26］等方面，尚未有關(guān)于毛竹快速高生長過程中糖代謝的研究。本研究以快速生長期毛竹筍竹為實驗材料，分析毛竹中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)及PeSnRK1，PeTPS1基因的表達(dá)情況，研究其表達(dá)差異性，以期探索毛竹生長過程中糖調(diào)控基因如何調(diào)控碳水化合物來指導(dǎo)幼筍的快速生長，為毛竹及其他樹種的快速生長機(jī)制的闡述提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

供試材料毛竹采自浙江農(nóng)林大學(xué)毛竹示范基地， 地理位置為 29°56′～30°23′N， 118°51′～119°52′E，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，溫暖濕潤，年平均氣溫為16.4℃，氣候特點為春多雨，夏濕熱，秋氣爽，冬干冷，年平均降水量為1 628.6 mm，年平均日照時數(shù)1 847.3 h。森林覆蓋率為76.5%。

1.2 材料

2015年4月，在浙江農(nóng)林大學(xué)毛竹試驗基地挑選生長健壯的2 m高毛竹筍竹，以18：00為黃昏時，分別于黃昏后0，4，8 h取材。選取3株生長健壯的筍竹3株·次-1，從基部將其伐倒，挖出竹蔸，將地上部分平均分成3段，各段取中間1節(jié)記為上部、中部、下部，并對竹蔸中間位置進(jìn)行取樣，將樣品迅速放進(jìn)液氮中冷凍，存于-80℃?zhèn)溆谩?/p>

1.3 可溶性糖測定

葡萄糖、果糖和蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定：稱取0.5 g筍竹于研缽中研磨，加蒸餾水8.0 mL，80℃恒溫水浴30 min，冷卻，定容10.0 mL。離心（3 000 g，5 min），上清液為可溶性糖提取液。葡萄糖、果糖和蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用可溶性糖試劑盒（南京建成科技有限公司）測定。重復(fù)5次·樣品-1。

海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定：參考蘇州科銘生物技術(shù)有限公司海藻糖試劑盒，加入5.0 mL提取液，稱取0.5 g筍竹于研缽中冰浴研磨，室溫靜置45 min，常溫下8 000 g離心10 min，取上清。取60 μL樣本和240.0 μL工作液至EP管中，95℃水浴10 min，自然冷卻至室溫后，取200.0 μL至96孔板中，620 nm波長下測定吸光度D（λ）值。重復(fù)5次·樣品-1。

1.4 毛竹筍竹總RNA的分離純化以及cDNA合成

稱取0.5 g筍竹，使用改進(jìn)Trizol法進(jìn)行總核糖核酸（RNA）提取。使用分光光度計檢測樣品RNA的純度，并用瓊脂糖電泳檢測RNA的完整性。以上述RNA為模板，冰上配置10.0 μL實時熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（qRT-PCR）體系：包括5×Prime Script RT Master Mix 2.0 μL，總 RNA 500 ng，加去RNA酶的水（RNase Free H2O）至總體積10.0 μL。置于PCR儀中，37℃孵育15 min，85℃加熱5 s。反轉(zhuǎn)錄得到的cDNA存于-20℃用于實時熒光定量分析。

1.5 筍竹PeTPS1及PeSnRK1基因全長cDNA克隆

根據(jù)毛竹基因組數(shù)據(jù)庫中PeTPS1和PeSnRK1基因序列設(shè)計基因全長及定量引物，選擇毛竹PeNTB基因作為熒光定量的內(nèi)參基因，引物設(shè)計使用Primer 5.0軟件，并由上海生工合成以此設(shè)計特異性引物（表1），擴(kuò)增這2個基因的系列片段。擴(kuò)增程序為：94℃ 5 min；94℃ 30 s，60℃ 30 s，72℃ 30 s，共35個循環(huán)；72℃10 min。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的瓊脂糖凝膠電泳分離PCR擴(kuò)增產(chǎn)物。回收純化目的條帶，連接到pMD19-T載體上并轉(zhuǎn)化至大腸埃希菌Escherichia coli（DH5α），菌落PCR鑒定陽性克隆后提取質(zhì)粒，送往上海生工生物工程服務(wù)有限公司測序。

表1 本研究所用的引物名稱Table 1 PCR primers used in this study

1.6 PeTPS1及PeSnRK1反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的基因表達(dá)分析

采用 TaKaRa公司 SYBR Premix Ex TaqTM（perfect real time）試劑盒，20.0 μL 反應(yīng)體系中包含 10.0 μL SYBR Premix Ex TaqTM，0.8 μL正向引物，0.8 μL反向引物，2.0 μL反轉(zhuǎn)錄cDNA模版，6.4 μL滅菌蒸餾水。反應(yīng)于Bio-Rad CFX manager 3.1 PCR儀上進(jìn)行，以內(nèi)參為對照，平行反應(yīng)做5次·樣品-1。采用兩步法擴(kuò)增標(biāo)準(zhǔn)程序：95℃預(yù)變性3 min，95℃10 s，60℃30 s，39次循環(huán)。反應(yīng)完成后，得到含所有樣品的記錄點曲線，得出循環(huán)閾值（Ct值）。

1.7 數(shù)據(jù)處理

所得初始數(shù)據(jù)均經(jīng)軟件進(jìn)行整理，熒光定量數(shù)據(jù)按照公式計算：相對表達(dá)量＝2-ΔΔCt［27］，使用內(nèi)參基因校正拷貝數(shù)，利用Origin 9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛竹筍竹快速生長過程中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

筍竹可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化分析表明，黃昏后0 h到8 h，筍竹中部、下部和竹蔸蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨黃昏時間的增加均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，其中黃昏后4 h，中部、下部和竹蔸蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)極顯著下降（P＜0.01）；黃昏后8 h蔗糖消耗量極顯著高于黃昏時（P＜0.01）；上部各時間蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化無顯著差異（圖1A）。黃昏后筍竹果糖與蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化相似，黃昏時，筍竹中部、下部和竹蔸果糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，夜間整體呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢；黃昏時竹蔸中果糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為上部的1.6倍，上部隨黃昏時間增加果糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不顯著（圖1B）。葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化如圖1C所示，筍竹上部葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐漸上升的趨勢，黃昏后8 h達(dá)到最大值，此時葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為黃昏時1.2倍，中部、下部、竹蔸葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間變化均呈現(xiàn)極顯著下降的趨勢（P＜0.01），黃昏時葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為黃昏后8 h的2.2倍、1.4倍和1.6倍。毛竹筍竹快速生長期海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化見圖1D。黃昏時，竹蔸海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.45 mg·g-1，分別為下部、中部、上部的1.3倍、1.2倍和2.0倍；黃昏后4 h，筍竹下部、中部海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)極顯著升高（P＜0.01），均高于上部；筍竹下部海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)先上升再下降的的趨勢，在黃昏后4 h達(dá)到最大值。

上述結(jié)果表明：毛竹筍竹各部位中蔗糖、果糖、葡萄糖、海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化在不同時間內(nèi)具有相似的表達(dá)模式。夜間筍竹中部和下部處于快速生長期，需要消耗大量碳水化合物，上部基本不生長，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不顯著；竹蔸是筍竹快速生長期能量的暫存和周轉(zhuǎn)的重要部位，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)一直較高。

2.2 筍竹PeTPS1及PeSnRK1基因cDNA全長克隆及驗證

以確定純度和完整度較好的毛竹總RNA的反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物cDNA為模板，用普通PCR擴(kuò)增筍竹PeTPS1及PeSnRK1基因全長，對擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%瓊脂糖凝膠電泳檢測（圖2），條帶清晰且單一，獲得與預(yù)期片段大小一致、長度分別為1 440 bp和1 476 bp擴(kuò)增產(chǎn)物。

圖1 毛竹不同部位可溶性糖變化Figure 1 Changes of bamboo shoots soluble sugar mass fraction in different parts of Phyllostachys edulis

圖2 毛竹PeTPS1及PeSnRK1基因cDNA擴(kuò)增電泳圖Figure 2 Electrophoresis map of Phyllostachys edulis PeTPS1 and PeSnRK1 amplification on 1%agarose gel

2.3 毛竹筍竹快速生長過程中PeTPS1基因表達(dá)模式

黃昏后筍竹PeTPS1表達(dá)量變化如圖3所示。筍竹竹蔸與其他部位相比PeTPS1表達(dá)豐度較高，中部和上部PeTPS1表達(dá)豐度次之，下部表達(dá)量最低。黃昏后4 h筍竹竹蔸PeTPS1表達(dá)量達(dá)到極顯著水平（P＜0.05），分別是下部、中部和上部的9.0倍、2.4倍和2.5倍。下部PeTPS1表達(dá)量在整個夜間隨時間變化被不同程度下調(diào)，黃昏時PeTPS1表達(dá)量較高，分別為4 h和8 h的3.2倍；中部和上部PeTPS1基因具有相同的表達(dá)模式，黃昏時表達(dá)豐度較低，黃昏后8 h轉(zhuǎn)錄水平達(dá)到高峰。上述結(jié)果表明：竹蔸在毛竹快速生長階段為其他部位提供碳源，筍竹下部已完成初生生長，海藻糖需求量小，PeTPS1基因表達(dá)量低。

2.4 毛竹筍竹快速生長過程中PeSnRK1基因表達(dá)模式

快速生長的毛竹筍竹PeSnRK1基因表達(dá)情況如圖4所示。從基部到頂部不同節(jié)間PeSnRK1表達(dá)量呈先下降再上升的趨勢，竹蔸表達(dá)豐度最高。上部和中部具有相同的表達(dá)模式，黃昏后4 h PeSnRK1表達(dá)量下降，黃昏后8 h又呈現(xiàn)上升的趨勢。下部和竹蔸PeSnRK1基因轉(zhuǎn)錄水平變化相同，黃昏后4 h PeSnRK1基因表達(dá)量顯著上升，轉(zhuǎn)錄水平達(dá)到高峰；黃昏后8 h PeSnRK1基因表達(dá)量又迅速下降，黃昏后4 h竹蔸種PeSnRK1基因表達(dá)量分別是下部、中部和上部的1.3倍、5.2倍和2.8倍。上述結(jié)果表明：黑暗條件下，快速生長期的毛竹筍竹中竹蔸和下部已停止生長或生長緩慢，PeSnRK1表達(dá)量較高，中部處于快速生長期，PeSnRK1表達(dá)豐度相對較低，上部生長速度不明顯。

圖3 筍竹PeTPS1基因在不同部位的定量分析Figure 3 Change of bamboo shoots PeTPS1 relative expression in different parts of Phyllostachys edulis

圖4 筍竹PeSnRK1基因在不同部位的定量分析Figure 4 Change of bamboo shoots PeSnRK1 relative expression in different parts of Phyllostachys edulis

3 討論

3.1 毛竹快速生長與可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化關(guān)系

糖是植物光合作用的產(chǎn)物，呼吸作用的底物，糖類的合成與分解影響植物體內(nèi)糖分的運輸，作為一種信號分子調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育過程［28］。例如，葡萄糖和蔗糖可以緩解高濃度海藻糖對植物生長的抑制作用，蔗糖和海藻糖在糖感受調(diào)控基因的表達(dá)中有相似的作用，海藻糖能代替蔗糖，調(diào)控碳水化合物的代謝［29］。筍竹莖稈處于快速生長階段，本研究中，筍竹上部生長發(fā)育、老化較晚，主要進(jìn)行初生生長，耗能較低，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)幾乎沒有變化；中部和下部作為同化產(chǎn)物的利用組織代謝活力大幅度上調(diào)，隨時間的變化蔗糖、果糖、葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著下降，而海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于上升的趨勢，可能是因為中部處于顯著伸長期，需要消耗更多的碳水化合物，合成海藻糖以補充能量；黃昏后8 h與4 h相比，可溶性糖及海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降均不顯著，其原因可能是下部生長逐漸緩慢，所需能量減少；竹蔸作為輸出同化產(chǎn)物的 “源”輸出被上調(diào)，黃昏后4 h可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著下降，合成大量T6P以維持竹蔸的生命活動，供應(yīng)地上部分的快速生長。這與董麗娜［22］結(jié)論相似，筍竹各節(jié)的伸長活動自下而上，按慢—快—慢的規(guī)律，以節(jié)間為生長單位進(jìn)行生長。

3.2 毛竹快速生長與相關(guān)基因表達(dá)量關(guān)系

能量缺乏時，T6P通過抑制SnRK1的表達(dá)來調(diào)控基因的表達(dá)，保證植物在逆境條件下能夠存活生長［18］。丁菲等［30］對茶樹不同器官中TPS表達(dá)量的研究發(fā)現(xiàn)不同組織中TPS表達(dá)量不同，而這種差異可能是由于組織和器官的生存環(huán)境、空間位置、發(fā)育狀況及代謝活動的不同造成的。在我們的研究中，筍竹各部位PeTPS1基因的表達(dá)隨時間的變化呈現(xiàn)升高—降低—再升高的趨勢。T6P作為一種信號整合由SnRK1調(diào)控的碳代謝、酶反應(yīng)以及相關(guān)基因表達(dá)重排，從而調(diào)控植物的生長發(fā)育［31］。例如，擬南芥中Akinl0過量表達(dá)會誘導(dǎo)TPS1基因表達(dá)［32］，通常蔗糖通過促進(jìn)T6P的積累來抑制SnRK1活性，植物生長發(fā)育過程中細(xì)胞內(nèi)蔗糖不斷被水解為果糖和葡萄糖，而SnRK1被高水平蔗糖或低水平葡萄糖激活［14］。本研究中，筍竹上部幾乎不生長，隨時間變化PeTPS1及PeSnRK1基因表達(dá)量幾乎沒有變化。正常條件下植物體內(nèi)SnRK1水平較低，高水平SnRK1抑制植物生長［33］，ZHANG等［19］研究發(fā)現(xiàn)，微摩爾濃度的T6P就可以抑制擬南芥幼苗及其他植物幼嫩組織提取物中SnRK1活性。我們的結(jié)果顯示，筍竹中部隨時間的變化PeTPS1表達(dá)量呈逐漸上升的趨勢，此時PeSnRK1表達(dá)量最低；下部已基本完成節(jié)間生長，PeSnRK1表達(dá)量與上部、中部相比較高，而PeTPS1相對表達(dá)量較低，可能是因為下部已完成基本生長，T6P失去對PeSnRK1活性的抑制作用［19］；竹蔸是毛竹供應(yīng)維持生長的碳水化合物的核心部位，需要分解白天儲存的淀粉以供應(yīng)其夜間生長，因此，黃昏后竹蔸中PeSnRK1表達(dá)量處于最高。PeTPS1基因表達(dá)量呈現(xiàn)出與海藻糖變化相同的趨勢，說明毛竹快速生長過程中PeTPS1調(diào)控海藻糖的合成。黃昏后4 h竹蔸中PeSnRK1基因被激活，表達(dá)量達(dá)到峰值，可能是因為夜間毛竹不能進(jìn)行光合作用，而PeSnRK1的表達(dá)則通過T6P含量進(jìn)行調(diào)控。PeTPS1/PeSnRK1基因均存在組織特異性表達(dá)，基因的調(diào)控表達(dá)受不同發(fā)育時期的影響。

TPS1不僅參與植物體海藻糖的合成，而且調(diào)控糖酵解途徑。蔗糖調(diào)控基因SnRK1與海藻糖相互作用，調(diào)控植物碳代謝及相關(guān)基因表達(dá)，為植物的生長發(fā)育及其代謝提供保證［21］。高蔗糖/低葡萄糖情況下SnRK1被激活，誘導(dǎo)分解代謝基因的表達(dá)，激活淀粉合成途徑關(guān)鍵酶［34］。本研究中，SnRK1的標(biāo)記基因TPS1被SnRK1抑制，通過海藻糖上調(diào)，這與TSAI等［35］研究結(jié)果相似，T6P/SnRK1信號同時參與植物的代謝調(diào)控及基因表達(dá)調(diào)控。筍竹上部伸長生長較慢，對可溶性糖需求量小，糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其調(diào)控基因變化不顯著，PeSnRK1表達(dá)量水平較高；黃昏后筍竹中部葡萄糖、蔗糖和海藻糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較多，PeTPS1表達(dá)水平較高，T6P的濃度可能會比較高，進(jìn)而抑制PeSnRK1的表達(dá)量及活性。植物通過調(diào)節(jié)T6P水平來調(diào)控體內(nèi)蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而促進(jìn)幼苗在低蔗糖水平下的生長發(fā)育［11］，中部伸長生長快，可溶性糖消耗較多，PeSnRK1表達(dá)量水平較低；竹蔸作為儲藏分配碳水化合物的重要部位，黃昏后4 h可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著下降，PeTPS1基因表達(dá)量被上調(diào)，合成T6P以維持竹蔸的生命活動，供應(yīng)地上部分的快速生長。綜上所述，毛竹快速生長過程中糖調(diào)控相關(guān)基因之間交錯調(diào)控共同控制糖分的分配與運輸，以保證筍竹的快速生長，T6P/SnRK1信號通路作為必要的生長機(jī)制調(diào)，在毛竹筍竹快速生長發(fā)育過程的起到重要的調(diào)控作用。

通過對快速生長期毛竹筍竹夜間各部分可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)及PeTPS1和PeSnRK1基因在多個部位中表達(dá)的分析可知，筍竹養(yǎng)料儲存部位竹蔸可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)及相關(guān)基因表達(dá)量始終處于較高的水平；筍竹中部和下部處于快速生長期，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間變化不斷下降，快速伸長期部位中PeSnRK1基因的表達(dá)呈現(xiàn)與PeTPS1相反的模式；上部生長發(fā)育緩慢，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)及PeTPS1和PeSnRK1基因表達(dá)無顯著變化。結(jié)合上述研究，本實驗認(rèn)為T6P/SnRK1信號通路通過調(diào)節(jié)毛竹各部位糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分配進(jìn)而調(diào)控筍竹的快速生長。T6P/SnRK1信號通路在植物生長發(fā)育中的生物學(xué)功能還需要進(jìn)一步研究。

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Soluble sugar content and PeTPS1/PeSnRK1 gene expression in Phyllostachys edulis during rapid growth

LI Dandan1,XU Xinlu1,ZHAI Jianyun1,SUN Jianfei1,CAO Youzhi2,GAO Yan1,ZHANG Rumin1
（1.School of Forestry and Biotechnology,Zhejiang A ＆ F University,Hangzhou 311300,Zhejiang,China;2.State Key Laboratory of Subtropical Silviculture,Zhejiang A ＆ F University,Hangzhou 311300,Zhejiang,China）

To discuss expression of the PeTPS1/PeSnRK1 gene and soluble sugar mass fraction in different parts of Phyllostachys edulis bamboo during the process of rapid growth and to clarify their relationship with this rapid growth,the relative expression of PeTPS1 and PeSnRK1 in the bamboo stump and the lower,middle,and upper parts of the Ph.edulis bamboo shoot were analyzed at sunset （0 h）,4 h,and 8 h after sunset using the quantitative reverse-transcriptase polymerase chain reaction （qRT-PCR）analysis technique.Also,the mass fraction of soluble sugars was analyzed by the kit method.Results showed that the soluble sugar mass fraction in the upper part of the bamboo shoot did not change.The mid-section of the bamboo shoot mass fraction at 8 h after dusk compared to sunset was lower 2.2 times for glucose,1.4 times for fructose,and 1.6 times for sucrose.Nutrient storage mass fractions in the bamboo stump at 8 h after sunset compared to 8 h after sunset was lowerfor glucose （1.6 times）,fructose （1.3 times）,sucrose （1.4 times）,and trehalose （1.3 times）.Expression of the PeTPS1 gene in the middle of the bamboo shoot was 4.8 times lower than in the lower part of the bamboo shoot.Expression of the PeSnRK1 gene in the bamboo stump compared to the other parts was higher at 8 h after sunset and was 1.7 times higher compared to dusk.These results could provide new insights into the mechanism of rapid growth of Ph.edulis as well as direct fast-growth and breeding of other trees.［Ch,4 fig.1 tab.35 ref.］

botany;Phyllostachys edulis;trehalose;PeTPS1;PeSnRK1;rapid growth

S718.3

A

2095-0756（2017）06-1016-08

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.007

2016-11-23；

2017-01-12

國家自然科學(xué)基金資助項目（31570686，30972397）

李丹丹，從事植物生理生態(tài)學(xué)研究。E-mail：hutaoqiu1112@126.com。通信作者：曹友志，講師，博士，從事林木分子生物學(xué)等研究。E-mail：yzcao@zafu.edu.cn