糖类作为碳水化合物分子、细胞化合物前体以及信号转导和环境应激反应信号分子在植物生长和发育中起重要作用。在植物中,根据运输的糖不同,糖转运蛋白被分为单糖转运蛋白MST和蔗糖转运蛋白SUT,STP属于MST超家族中一个分支,被认为是H+/糖同向转运蛋白,通常包含12个跨膜结构域,并位于细胞膜上,STP可以利用酸梯度使果糖、葡萄糖等单糖通过原本不可渗透的细胞膜。与动物和细菌中的类似蛋白相比,植物中的STP对糖的亲和性更高,它们与糖的结合强度是人类类似蛋白的1000倍。当玉米受到病原体侵染时,糖的含量会产生波动,于是研究糖转运蛋白在玉米抗病过程中发挥的作用具有重要意义。
近期,我室作物抗病性研究及应用创新团队完成的题为“Identification and expression analysis of sugar transporter family genes reveal the role of ZmSTP2 and ZmSTP20 in maize disease resistance”的研究论文在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文),JIA) 2023年11期正式发表。该文章鉴定了玉米糖转运蛋白家族基因并揭示了ZmSTP2和ZmSTP20在抗病中的作用。
研究先利用生物信息学方法鉴定出玉米STP家族包含24个成员,它们被预测广泛的分布在细胞膜上,具有高度保守的跨膜转运蛋白结构域,在不同组织中表达水平有明显差异。它们积极参与玉米非生物胁迫和生物胁迫。经筛选,选出ZmSTP2和ZmSTP20这两个具有代表性的基因进行抗病性分析,在接种玉米圆斑病菌、玉米大斑病菌、玉米小斑病菌和禾谷镰孢后,zmstp2和zmstp20突变体病斑面积明显小于野生型B73。表明ZmSTP2和ZmSTP20在抵抗玉米禾谷镰孢、玉米小斑病、圆斑病和大斑病过程中发挥重要作用。
河北农业大学董金皋教授、邢继红教授和张康副教授为该文章的通讯作者,马宇馨研究生和周志军高级农艺师为该文章第一作者。该研究得到了华北作物改良与调控国家重点实验室项目(NCCIR2020ZZ-9)、国家自然科学基金(31901864)、河北省高校科技攻关项目(BJK2022006)、中国农业科学研究系统专项资金(CARS-02)、河北省重点研发计划项目(19226503D)、中央指导地方科技发展基金项目(216Z6501G、216Z6502G)的资助。