TgMYBS1-TgSUS1调控模块介导香榧籽粒蔗糖代谢的分子机制

　　为解决香榧（Torreya grandis）籽粒发育中蔗糖代谢调控机制不明的问题，研究人员通过全基因组分析鉴定出5个SUS基因，发现TgSUS1在籽粒中高表达且受转录因子TgMYBS1直接抑制。实验证实TgSUS1通过调控蔗糖裂解（SS-c）活性影响蔗糖积累，揭示了TgMYBS1-TgSUS1模块在蔗糖代谢中的核心作用，为经济树种品质改良提供理论依据。

　　

香榧作为一种珍贵的坚果类经济树种，其籽粒富含油脂、多酚等营养成分，但蔗糖代谢如何影响籽粒品质的分子机制尚不明确。此前研究表明，蔗糖合酶(Sucrose Synthase, SUS)在植物碳分配中起关键作用，但不同物种中SUS功能存在显著差异。尤其在香榧这类具有重要经济价值的树种中，SUS如何被调控仍属空白。

为解决这一问题，来自中国的研究团队通过全基因组分析鉴定了香榧中5个SUS基因，发现TgSUS1在籽粒发育关键期（5-6月）表达显著升高。研究人员采用瞬时过表达、水稻异源转化和基因沉默等技术，证实TgSUS1通过增强蔗糖裂解方向(SS-c)活性降低籽粒蔗糖含量。进一步通过酵母单杂交(Y1H)和电泳迁移率实验(EMSA)发现，转录因子TgMYBS1直接结合TgSUS1启动子并抑制其表达，从而负调控SS-c活性。该研究首次揭示了TgMYBS1-TgSUS1模块通过"转录抑制-酶活调控"双层次机制精细控制香榧籽粒蔗糖代谢的分子途径。

关键技术方法包括：1) 香榧籽粒不同发育阶段样本（浙江临安22年生植株）的SS-c/SS-s活性检测；2) TgSUS1亚细胞定位分析；3) 烟草瞬时过表达和水稻稳定转化验证基因功能；4) Y1H和EMSA鉴定转录调控关系。

研究结果：

1. Identification of SUS genes in T. grandis
   全基因组分析发现5个SUS基因，系统进化显示TgSUS1与拟南芥AtSUS3同源。qPCR证实TgSUS1在籽粒发育关键期（DS3-DS6）表达量较其他成员高3-8倍。

2. Functional characterization of TgSUS1
   亚细胞定位显示TgSUS1定位于细胞核和膜系统。瞬时过表达使香榧籽粒SS-c活性提升2.1倍，蔗糖含量降低37%；水稻异源表达同样显著增强SS-c活性。而VIGS沉默TgSUS1导致SS-c活性下降54%，蔗糖积累增加。

3. TgMYBS1 directly regulates TgSUS1
   Y1H实验证实TgMYBS1结合TgSUS1启动子-800bp区域的G-box元件。EMSA显示该结合具有序列特异性。在籽粒中过表达TgMYBS1使TgSUS1表达量下降62%，SS-c活性降低41%，蔗糖含量相应增加。

结论与意义：
该研究阐明TgMYBS1通过直接抑制TgSUS1表达来调控香榧籽粒蔗糖代谢的新机制，首次建立"转录因子-关键酶"的调控模块在经济树种碳分配中的作用模型。这不仅拓展了对木本植物蔗糖代谢特异性的认知，还为分子育种改良香榧籽粒品质提供了精准靶点。论文发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为植物代谢调控领域提供了重要案例。