“运糖工”生命之谜揭开了植物液泡

近日，西北A&F大学园艺学院阮勇凌/李明军教授课题组在Nature 研究论文在Plants上发表，首次揭示了液泡糖转运蛋白(VSTs)VSTs在植物细胞糖稳态中的作用及其对作物产量和质量的影响，为植物科学研究和作物改良提供了新的视角和理论支撑，深入探讨了植物细胞糖稳态在植物界的起源和演化关系。

在植物细胞中，液泡作为一种重要的细胞器，承担着多种物质的储存和调节功能，其中糖在液泡中的储存和运输对植物的生长发育和产量形成有着重要的影响。这个过程主要是由液泡糖转运蛋白引导完成的。

泡糖转运蛋白(VSTs)它是植物细胞中糖在液泡和细胞质之间运输的关键蛋白质。VSTs根据其运输模式和序列特点分为TST(液泡膜糖转运蛋白)等多个家庭、VGT(液泡葡萄糖转运蛋白)、ERDL(早期干旱反应类似于蛋白质)家庭，以及SUT/SUC IV(蔗糖转运蛋白)和SWEET 亚家族等。通过不同的转运方式，这些VSTs可以调节糖在液泡中的流入和流出，从而保持糖在细胞中的稳定。

从进化的角度来看，VSTs的起源与植物从水生环境到陆地环境的适应密切相关。这项研究首次表明，苔藓植物是最早出现VSTs的植物群体，这使得植物能够更好地调节细胞中的糖稳态、水势和细胞膨压，从而适应陆地环境。随着植物的进化，VSTs在不同的植物群体中产生了多种基因复制和功能分化，形成了适应不同生理需求和环境压力的多样化家庭成员。

这部分作者对VSTs在植物生长发育和逆境反应中的生物功能进行了系统的评估。在植物营养生长阶段，VSTs通过调节糖的分配和储存，影响光合效率、细胞扩张和器官发育;在生殖发育阶段，VSTs对种子发育、果实糖积累和质量形成有显著影响。此外，在干旱、低温等逆境条件下，VSTs可以调节细胞中的糖浓度和成分，帮助植物保持细胞的渗透压力和能量状态，从而增强植物的抗真性和抗逆性。在生物相互作用中，VSTs参与了细菌。

本文总结了VSTs的自然变异对果实质量和农作物产量的显著影响，并建议VSTs在未来可以利用自然变异和基因编辑技术进行基因编辑和表达控制，从而准确改善农作物产量、质量和抗逆性。