简要摘要
竹子包括草本和木本物种。木本竹子生长速度极快，有时每天能长高一米以上，这需要一套非常高效的系统将糖分从叶片输送到生长的茎秆。在这项研究中，我们比较了 14 种竹子中编码糖转运蛋白的基因。我们发现木本竹子中这些糖转运基因的拷贝数多于草本竹子。这些额外的拷贝并非简单的冗余，许多基因显示出组织特异性表达，并且在茎秆生长的不同阶段处于活跃状态。这种更加特化的表达模式可能有助于木本竹子更有效地将糖分输送到快速生长的部位，支持其爆发性生长。我们的发现为竹子生长的基因调控提供了新的见解，并可能为改善作物糖分转运和产量提供有用的基因资源。
摘要
糖转运蛋白在植物的光合产物分配和生物量积累中起着关键作用。然而，全基因组加倍（WGD）如何重塑竹亚科（Bambusoideae）糖转运系统的进化轨迹仍然难以捉摸。在此，我们系统地鉴定和表征了 14 个竹子基因组中的 SUT（蔗糖转运蛋白）和 MST（单糖转运蛋白）基因家族，这些基因组代表四大主要谱系：草本、温带木本、新热带木本和古热带木本竹子。我们的结果表明，WGD 是这些基因家族扩展的主要驱动力，木本竹子的基因数量显著高于草本竹子。值得注意的是，在六倍体谱系中观察到了广泛的基因丢失，这与基因剂量平衡假说相符。系统发育和序列分析表明，核心基因受到净化选择的作用。令人感兴趣的是，在古热带木本竹子中鉴定出 21 组跨物种相同的蛋白质序列，表明序列高度保守。转录组和共线性分析进一步揭示了多倍化后的表达分化机制：同源基因在子基因组间表现出明显的表达不对称性。与草本竹子依赖于 SUT5 和少数 STP（糖转运蛋白）基因的广泛表达模式不同，木本竹子通过显著扩展的 SUT 和 STP 家族成员，在竹秆发育的不同阶段实现了精细调控的表达分配和组织特异性专业化。本研究揭示了一种以“WGD 驱动扩展、多倍化后分化及子基因组表达分化”为特征的进化模式。这种模式表明其与木本竹子爆发性生长所需的增强糖分分配效率之间存在潜在联系，为禾本科作物提供了宝贵的基因资源和未来功能研究的基础。
