苹果砧木糖转运蛋白MrSTP20响应高盐胁迫与己糖诱导的分子机制及其在盐耐受中的关键作用

为解决苹果砧木在盐胁迫下糖分转运调控机制不清的问题，研究人员开展了苹果糖转运蛋白（STP）家族的全基因组筛选及功能研究。通过表达模式分析、亚细胞定位和转录组关联分析，发现MrSTP20在高盐和己糖诱导下显著上调，定位于质膜，并与盐响应基因（UGT71、PPR、HCC1、SKP1）协同表达，揭示了其通过调控己糖转运增强苹果砧木盐耐受性的新机制，为抗逆育种提供了重要靶点。

　　

土壤盐渍化是制约植物生长和农业发展的严峻问题，尤其对苹果（Malus domestica）等非盐生植物造成严重胁迫。苹果栽培普遍采用砧木嫁接方式，砧木的耐盐性直接决定了苹果在盐碱地区的适应能力。中国广泛使用的苹果砧木Malus robusta Rehd（原产中国北方）虽以耐盐、抗旱、抗寒著称，但其耐盐分子机制，尤其是糖分分配在根中的调控途径，尚不明确。糖分作为渗透调节剂、碳源和信号分子，在植物应对盐胁迫中扮演关键角色，其中糖转运蛋白（STP）介导的己糖（如葡萄糖、果糖）跨膜运输是核心环节，然而其在苹果中的具体功能和调控机制仍有待揭示。

本研究通过全基因组筛选在苹果中鉴定出22个STP基因家族成员，并聚焦于耐盐砧木Malus robusta Rehd，探究其在盐胁迫和糖诱导下的表达模式及功能。主要技术方法包括：生物信息学分析（系统发育、保守结构域、染色体定位和顺式作用元件预测）；RT-qPCR检测基因表达（盐处理和糖诱导下的根组织）；亚细胞定位（通过拟南芥原生质体瞬时表达MrSTP20-EGFP融合蛋白）；RNA-seq转录组测序（盐胁迫下根组织的时间序列样本）和共表达网络构建（Cytoscape分析）。

研究结果如下：

Identification of apple STP members

通过苹果基因组数据库筛选，鉴定出22个MdSTP成员，其编码蛋白长度453-528个氨基酸，分子量50.70-57.96 kDa，理论等电点偏碱性（pI 8.94-9.54），亚细胞定位预测显示多数定位于质膜。染色体分布分析发现基因主要集中在13号染色体（9个成员），并存在5对片段重复基因。

MdSTPs Cis-Acting element analysis

启动子顺式作用元件分析显示，MdSTP基因富含光响应、非生物胁迫响应（低温、干旱）、激素响应（生长素、赤霉素、水杨酸）以及生长发育相关元件，表明该家族广泛参与苹果树的应激反应和生长调控。

Expression characterization of MrSTPs in different tissues

组织特异性表达分析显示，17个MrSTP基因在根、茎、叶、花和果实中差异表达，其中MrSTP2和MrSTP18在根、茎、叶中高表达，MrSTP6、MrSTP7和MrSTP14在花中高表达，MrSTP20在叶中表达最高，而MrSTP1、MrSTP8、MrSTP9未检测到表达，MrSTP12仅表达于茎和果实，MrSTP13特异表达于果实。

Response of MrSTPs to high-salt stress

盐胁迫（200 mM NaCl）下，根中17个MrSTP基因中有4个（MrSTP3、MrSTP7、MrSTP14和MrSTP20）显著上调，其中MrSTP20响应最强烈（表达上调超20倍），表明其积极参与盐耐受调控。

Expression analysis of MrSTPs under sugar induction

外源糖（葡萄糖、果糖、甘露糖、甘露醇和蔗糖）诱导实验显示，MrSTP7、MrSTP17和MrSTP20在所有糖处理中均显著上调，其中MrSTP20对葡萄糖、果糖和甘露醇的诱导响应持续增强（表达量超对照30倍以上），提示其特异参与己糖转运。

Identification of sugar transporter MrSTP20

系统进化分析表明MrSTP20与拟南芥AtSTP13亲缘关系近，蛋白结构预测显示其具12次跨膜螺旋，属于主要协助子超家族（MFS）。亚细胞定位实验证实MrSTP20定位于质膜，支持其作为己糖胞外内运输载体的功能。

Association analysis of MrSTP20 with high-salt response pathways

盐胁迫下转录组分析及共表达网络构建发现，MrSTP20与盐响应基因MrUGT71K1（糖基转移酶）、MrPPR（五肽重复蛋白）、MrHCC1（细胞色素c氧化酶合成相关）和MrSKP1（S期激酶关联蛋白1）协同表达，这些基因在拟南芥、棉花和鹰嘴豆中均被报道参与ABA（脱落酸）和ROS（活性氧）调控的盐应激途径，提示MrSTP20可能通过协同这些因子增强盐耐受。

研究结论表明，MrSTP20作为一个质膜定位的己糖转运蛋白，积极响应高盐胁迫和己糖诱导，通过调控己糖从胞外向胞内的运输，正参与苹果砧木的盐耐受性和糖转运调控。其与盐响应基因网络的协同作用进一步揭示了STP在植物抗逆中的多功能性。该研究为解析苹果耐盐机制提供了新视角，并为培育高耐盐苹果砧木品种提供了候选基因和理论依据。然而，MrSTP20对己糖的结合亲和力、其在渗透调节与碳源供应中的双重角色，以及在不同组织和发育阶段的功能互补性，仍需进一步验证。