在綠色植物的奇妙世界里，糖不僅是它們通過(guò)光合作用制造的美味“能量大餐”，還是支撐植物生長(zhǎng)發(fā)育、應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的重要物質(zhì)。而在這場(chǎng)糖的“運(yùn)輸大賽”中，一群叫作“糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白”的小分子扮演著至關(guān)重要的角色。

近日，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所食品化學(xué)與安全檢測(cè)研究團(tuán)隊(duì)全面闡述了植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的研究進(jìn)展及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景，揭示了這一“甜蜜”奧秘，為作物增產(chǎn)研究提供了重要的理論依據(jù)。相關(guān)論文發(fā)表于《國(guó)際生物大分子》。

植物工廠里的“快遞員”

想象一下，植物就像是一個(gè)個(gè)忙碌的工廠，葉子是制造糖的車間，而果實(shí)、種子等其他部分則是需要糖的部門(mén)。糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白就像是工廠里的快遞員，它們負(fù)責(zé)把葉子制造的糖安全、高效地送到植物的“需求部門(mén)”。

“過(guò)去10年里，科學(xué)家在植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能研究方面取得了顯著進(jìn)展，尤其是在與糖轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因功能鑒定方面。然而，關(guān)于這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白調(diào)控機(jī)制的多樣性及其復(fù)雜作用網(wǎng)絡(luò)，依然研究不足?！敝袊?guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員曾凡逵表示，全球?qū)Z食安全和作物增產(chǎn)的需求不斷增加，迫切需要更深入研究糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)控潛力，提出新的解決策略。

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能多樣性體現(xiàn)在其復(fù)雜的分類和作用機(jī)制上。

通俗來(lái)說(shuō)，這些“快遞員”有三種類型：糖最終輸出轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和單糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。

糖最終輸出轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白就像專門(mén)負(fù)責(zé)特殊任務(wù)的快遞員，它們與種子灌漿和病原菌感染有關(guān)，確保種子在發(fā)育過(guò)程中獲得足夠的能量，并在病原菌入侵時(shí)采取防御措施。蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白則是“大宗貨物運(yùn)輸專家”，它們主要轉(zhuǎn)運(yùn)蔗糖，將大量糖分從源器官運(yùn)送到庫(kù)器官。而單糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白則像是那些靈活多變的快遞員，它們負(fù)責(zé)在不同組織和亞細(xì)胞水平間轉(zhuǎn)運(yùn)單糖，滿足植物的各種需求。這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白各負(fù)其責(zé)，共同參與植物體內(nèi)糖分的運(yùn)輸和分配。

讓作物“吃得更飽”

“我們發(fā)現(xiàn)，這些糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白不僅工作勤奮，而且非常聰明。它們能夠根據(jù)植物的需要，靈活調(diào)整糖的運(yùn)輸速度和方向?！痹插有χf(shuō)。更重要的是，通過(guò)調(diào)控這些糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可以讓作物“吃得更飽”，從而長(zhǎng)得更好、產(chǎn)量更高。

首先，增強(qiáng)糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與共生微生物的相互作用是提高作物產(chǎn)量的重要策略之一。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)這一策略，可以幫助植物更好地吸收土壤中的養(yǎng)分，比如磷和氮。這就像給植物吃了“營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)品”，讓它們長(zhǎng)得更壯實(shí)。

其次，光周期是影響植物生長(zhǎng)和發(fā)育的重要因素之一。通過(guò)建立光周期與糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白之間的調(diào)控關(guān)系模型，科學(xué)家優(yōu)化了植物的光合作用，讓植物在有限的光照時(shí)間里，生產(chǎn)出更多糖。這就像給植物安裝了“高效節(jié)能燈”，讓它們的光合作用更加高效。

此外，利用先進(jìn)的基因編輯技術(shù)，對(duì)糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行改良，優(yōu)化其在植物體內(nèi)的功能和表達(dá)模式，從而培育出產(chǎn)量更高的作物品種。這就像給植物進(jìn)行了“基因升級(jí)”，讓它們的生產(chǎn)潛力得到充分發(fā)揮。

曾凡逵告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“就像給一個(gè)饑餓的人提供更多的食物，他就會(huì)變得更強(qiáng)壯一樣，科學(xué)家通過(guò)增強(qiáng)糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與共生微生物的相互作用，給作物找到了更多的‘好朋友’，這些‘好朋友’可以幫助作物吸收更多養(yǎng)分，從而促進(jìn)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育。”

幫植物渡過(guò)難關(guān)的“守護(hù)者”

在干旱、鹽漬、低溫等逆境條件下，植物往往面臨巨大挑戰(zhàn)。糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白就像“守護(hù)者”，通過(guò)調(diào)控糖分的輸出和積累，保護(hù)細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和完整性，幫助植物渡過(guò)難關(guān)。

比如，在冷脅迫條件下，一些特定的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白給植物披上了一層“保暖衣”，通過(guò)積累糖分保護(hù)細(xì)胞膜免受損傷。而在干旱或鹽脅迫條件下，其他類型的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白則給植物安裝了一個(gè)“調(diào)節(jié)器”，通過(guò)調(diào)控糖分的轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)維持細(xì)胞的滲透壓平衡，讓植物在逆境中茁壯成長(zhǎng)。

這些植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白讓作物在生長(zhǎng)過(guò)程中獲得了足夠的能量和養(yǎng)分，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

近年來(lái)，隨著基因測(cè)序和基因編輯技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)家在植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能研究方面取得了顯著進(jìn)展。

“未來(lái)，隨著研究技術(shù)的不斷進(jìn)步和跨學(xué)科合作的深入開(kāi)展，會(huì)有更多關(guān)于植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的新發(fā)現(xiàn)和新策略涌現(xiàn)出來(lái)。”曾凡逵表示，“我們希望能夠發(fā)現(xiàn)更多新的‘甜蜜’策略，為作物增產(chǎn)、抗逆性改良以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供更有力的理論支撐和技術(shù)支持。”（葉滿山）