摘要：论文基本信息该论文标题为《How vacuolar sugar transporters evolve and control cellular sugar homeostasis, organ development and crop yield》，发表于《
论文基本信息
该论文标题为《How vacuolar sugar transporters evolve and control cellular sugar homeostasis, organ development and crop yield》，发表于《Nature Plants》。作者包括Lingcheng Zhu、Jincheng Lan、Tao Zhao、Mingjun Li和Yong-Ling Ruan 。
植物细胞中，糖类物质的运输对于维持细胞的糖稳态、促进器官发育以及提高作物产量至关重要。糖在植物细胞内通过多种途径从叶绿体转运到液泡中，这一过程由液泡糖转运蛋白（VSTs）介导。尽管长期以来，更多的研究集中在细胞质膜上的糖转运蛋白，但液泡糖转运蛋白在植物发育、应激反应以及糖稳态中的角色逐渐获得关注 。
液泡糖转运蛋白（VSTs）如何进化并在植物细胞中调控糖的转运
本研究主要探讨液泡糖转运蛋白（VSTs）如何进化并在植物细胞中调控糖的转运，进而影响植物的发育、抗逆性及作物产量等。具体问题包括：
液泡糖转运蛋白的种类及其作用机制是什么？VSTs如何与其他糖转运蛋白协同作用以维持糖稳态？VSTs的遗传变异如何影响植物的糖代谢和农作物的质量与产量？本研究旨在系统评估VSTs在植物中的功能和作用，深入分析其进化历程以及它们如何调节细胞的糖稳态、植物的生长发育及应对环境胁迫。研究目标包括：
识别VSTs的不同种类及其运输模式；分析VSTs如何协调调控植物的糖代谢，进而影响植物发育与产量；探讨VSTs的进化及其在作物育种中的潜在应用 。本文通过基因组学、转录组学及生理学等技术，评估了不同植物物种中的液泡糖转运蛋白，并结合多种模型植物进行功能验证。采用了多组学技术对VST家族成员进行分类、演化分析，并探讨了它们如何通过不同的调控机制影响糖的转运及植物的生长发育 。
已报道的液泡糖转运蛋白
VSTs在植物细胞糖稳态中的核心作用液泡糖转运蛋白（VSTs）在植物细胞内负责将糖类物质从细胞质转运到液泡，或从液泡转运到细胞质。糖在植物细胞中的正确分布对于维持细胞内的糖稳态至关重要。VSTs通过精细调控糖的储存与释放，确保了植物细胞在不同生长阶段和环境条件下的糖代谢平衡。糖的稳态对植物的整体健康、发育以及对环境胁迫的响应起着至关重要的作用。VSTs的多样性和植物物种之间的差异
不同植物物种中的VST家族表现出明显的多样性，基于功能和结构的不同，VSTs被分为几个子类。例如，TST类主要作为糖的进口载体，将糖类转运至液泡，而ERDL和SUT类则主要担任糖的出口功能。此外，SWEET类VSTs作为双向转运蛋白，能根据植物的生长需求调节糖的流向。不同种类的VSTs根据植物物种的需要在进化过程中演化出不同的功能，从而适应了不同环境和生长条件。VSTs与其他糖转运蛋白的协同作用
VSTs并不是孤立地工作，而是与细胞膜上的糖转运蛋白（如SWEETs和SUTs等）紧密配合，协同调控糖的转运。例如，液泡中的VSTs与质膜上的SUT4等转运蛋白共同作用，调节糖的源-汇转换，在糖的来源（如叶片）和汇处（如根或果实）之间维持糖的平衡。VSTs通过与这些蛋白的相互作用，增强了植物在不同生长阶段的糖分配能力，确保了植物各个部位的营养需求得到满足。VSTs在植物发育中的关键作用
VSTs对植物的发育过程具有直接影响，特别是在种子发育、果实成熟和根部糖积累等过程中。液泡糖转运蛋白通过调节糖的储存与转运，促进植物器官的发育。例如，液泡中的糖通过调节种子和果实的糖含量，直接影响种子的萌发能力、果实的甜度和大小等品质特性。在植物的不同生长阶段，VSTs的表达水平和功能也会发生变化，从而适应环境变化。VSTs在环境胁迫下的调控作用
VSTs在植物应对环境压力（如干旱、寒冷等胁迫）中起着重要作用。研究表明，VSTs通过调节液泡糖的积累与转运，帮助植物维持细胞的渗透压，从而提高其抗逆性。例如，在低温条件下，某些VSTs会增加液泡内的糖含量，从而保护细胞免受寒冷伤害。在干旱环境下，液泡糖的积累有助于调节植物的水分平衡，增强植物的抗旱能力。VSTs在作物改良中的应用潜力
本研究还揭示了VSTs在作物改良中的巨大潜力。通过调节VSTs的表达，可以直接影响作物的糖积累、果实的品质、植物的抗逆性等关键性状。基因编辑和分子育种技术可以用来优化VSTs的功能，从而在提高作物产量和质量、改善作物的抗逆性等方面取得突破。例如，通过调控VSTs，可以增强作物在恶劣环境下的生长表现，提高果实的糖分含量，进而提高市场上的商品价值。
VSTs基因数量与变异
系统性地探讨了VSTs在不同植物物种中的演化及功能，为理解其在植物发育和作物改良中的作用提供了新视角。结合遗传变异和功能研究，揭示了VSTs在作物育种中的潜在应用，特别是在提高作物产量和质量方面的应用 。应用前景VSTs的研究不仅有助于理解植物的糖代谢机制，也为作物改良提供了新的理论依据和技术路线。通过解析VSTs的功能及其调控机制，可以为提高作物的糖积累、抗逆性和产量提供分子基础。未来，VSTs的基因编辑和调控技术有望在作物育种中得到应用，推动农业生产的高效和可持续发展 。
来源：农科最前线一点号