大豆糖转运蛋白GmSWEET48调控种子产量与成分的分子机制

本研究针对大豆早期种子发育中糖转运机制不明的科学问题，通过鉴定质膜定位糖转运蛋白GmSWEET48，发现其具有果糖/葡萄糖转运活性及14C标记蔗糖双向运输功能。过表达该基因可降低种子蔗糖和油脂含量但提升蛋白质水平，同时显著增加产量，为作物品质改良提供新靶点。

　　

在农业生产中，种子产量和品质的协同提升一直是育种学家面临的重大挑战。光合作用产生的蔗糖作为植物"能量货币"，其从源器官向种子等库器官的高效运输直接影响作物经济性状。然而，调控这一过程的关键转运蛋白及其分子机制尚不明确，尤其在重要油料作物大豆中更为突出。前期研究表明，SWEET（Sugars Will Eventually be Exported Transporters）家族蛋白在拟南芥、水稻等模式植物中参与糖分分配，但大豆52个SWEET成员中仅有GmSWEET10a/b、GmSWEET15等少数基因被功能验证，且均属于进化枝III（clade III）。这些蛋白虽能调控种子大小和油脂含量，但对早期胚胎发育阶段糖转运的调控机制仍存空白。

中国的研究团队通过系统分析发现，进化枝II成员GmSWEET48在发育种子中特异性高表达。为解析其功能，研究人员首先利用酵母突变体EBY.VW4000进行异源表达实验，证实该蛋白具有果糖和葡萄糖转运活性。更关键的是，在非洲爪蟾（Xenopus）卵母细胞体系中首次揭示其介导¹⁴C标记蔗糖的双向跨膜运输能力。通过构建过表达转基因株系，发现种子蔗糖含量下降18.7%、粗蛋白含量提升12.3%，单株粒重增加22.5%，表明GmSWEET48通过重塑糖分配格局影响种子成分与产量。该成果发表于《Journal of Plant Physiology》，为分子设计育种提供了新思路。

关键技术方法包括：基于RNA-seq数据的组织特异性表达谱分析；酵母EBY.VW4000突变体互补实验验证底物特异性；非洲爪蟾卵母细胞膜片钳技术检测¹⁴C-蔗糖转运动力学；大豆品种Jack的稳定遗传转化及表型分析；气相色谱测定种子糖类与油脂成分。

【Tissue-specific expression of GmSWEET48】
系统发育分析显示GmSWEET48与拟南芥AtSWEET4/5同源，属于进化枝II。转录组数据揭示其在授粉后15天的种子中表达量是其他组织的3-8倍，暗示其在胚胎发育早期发挥功能。

【Discussion】
不同于已报道的clade III成员（如GmSWEET15介导胚乳-胚胎蔗糖转运），clade II的GmSWEET48可能通过调控母体组织（种皮/珠心）向液态胚乳的糖供应影响发育进程。其降低种子蔗糖但提升产量的表型，反映该蛋白通过促进糖分向生长位点再分配而非单纯积累来优化库强。

【Conclusion】
研究证实GmSWEET48是首个被功能验证的大豆clade II SWEET蛋白，其多重糖转运活性为理解种子灌浆调控网络提供新视角。该基因在提升产量同时实现"减糖增蛋白"的独特效应，对培育高蛋白专用型大豆品种具有应用价值。作者建议未来研究应关注该基因在源库互作中的时空表达调控机制，以及与其他SWEET成员的协同作用网络。