在綠色植物的奇妙世界里，糖不僅是它們通過光合作用制造的美味“能量大餐”，還是支撐植物生長發(fā)育、應(yīng)對環(huán)境變化的重要物質(zhì)。而在這場糖的“運輸大賽”中，一群叫作“糖轉(zhuǎn)運蛋白”的小分子扮演著至關(guān)重要的角色。

近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所食品化學(xué)與安全檢測研究團隊全面闡述了植物糖轉(zhuǎn)運蛋白的研究進展及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景，揭示了這一“甜蜜”奧秘，為作物增產(chǎn)研究提供了重要的理論依據(jù)。相關(guān)論文發(fā)表于《國際生物大分子》。

植物工廠里的“快遞員”

想象一下，植物就像是一個個忙碌的工廠，葉子是制造糖的車間，而果實、種子等其他部分則是需要糖的部門。糖轉(zhuǎn)運蛋白就像是工廠里的快遞員，它們負責把葉子制造的糖安全、高效地送到植物的“需求部門”。

“過去10年里，科學(xué)家在植物糖轉(zhuǎn)運蛋白功能研究方面取得了顯著進展，尤其是在與糖轉(zhuǎn)運相關(guān)的基因功能鑒定方面。然而，關(guān)于這些轉(zhuǎn)運蛋白調(diào)控機制的多樣性及其復(fù)雜作用網(wǎng)絡(luò)，依然研究不足?！敝袊茖W(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員曾凡逵表示，全球?qū)Z食安全和作物增產(chǎn)的需求不斷增加，迫切需要更深入研究糖轉(zhuǎn)運蛋白的調(diào)控潛力，提出新的解決策略。

通過大量實驗，研究團隊發(fā)現(xiàn)，植物糖轉(zhuǎn)運蛋白的功能多樣性體現(xiàn)在其復(fù)雜的分類和作用機制上。

通俗來說，這些“快遞員”有三種類型：糖最終輸出轉(zhuǎn)運蛋白、蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白和單糖轉(zhuǎn)運蛋白。

糖最終輸出轉(zhuǎn)運蛋白就像專門負責特殊任務(wù)的快遞員，它們與種子灌漿和病原菌感染有關(guān)，確保種子在發(fā)育過程中獲得足夠的能量，并在病原菌入侵時采取防御措施。蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白則是“大宗貨物運輸專家”，它們主要轉(zhuǎn)運蔗糖，將大量糖分從源器官運送到庫器官。而單糖轉(zhuǎn)運蛋白則像是那些靈活多變的快遞員，它們負責在不同組織和亞細胞水平間轉(zhuǎn)運單糖，滿足植物的各種需求。這些轉(zhuǎn)運蛋白各負其責，共同參與植物體內(nèi)糖分的運輸和分配。

讓作物“吃得更飽”

“我們發(fā)現(xiàn)，這些糖轉(zhuǎn)運蛋白不僅工作勤奮，而且非常聰明。它們能夠根據(jù)植物的需要，靈活調(diào)整糖的運輸速度和方向?！痹插有χf。更重要的是，通過調(diào)控這些糖轉(zhuǎn)運蛋白，可以讓作物“吃得更飽”，從而長得更好、產(chǎn)量更高。

首先，增強糖轉(zhuǎn)運蛋白與共生微生物的相互作用是提高作物產(chǎn)量的重要策略之一。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過這一策略，可以幫助植物更好地吸收土壤中的養(yǎng)分，比如磷和氮。這就像給植物吃了“營養(yǎng)補品”，讓它們長得更壯實。

其次，光周期是影響植物生長和發(fā)育的重要因素之一。通過建立光周期與糖轉(zhuǎn)運蛋白之間的調(diào)控關(guān)系模型，科學(xué)家優(yōu)化了植物的光合作用，讓植物在有限的光照時間里，生產(chǎn)出更多糖。這就像給植物安裝了“高效節(jié)能燈”，讓它們的光合作用更加高效。

此外，利用先進的基因編輯技術(shù)，對糖轉(zhuǎn)運蛋白進行改良，優(yōu)化其在植物體內(nèi)的功能和表達模式，從而培育出產(chǎn)量更高的作物品種。這就像給植物進行了“基因升級”，讓它們的生產(chǎn)潛力得到充分發(fā)揮。

曾凡逵告訴《中國科學(xué)報》：“就像給一個饑餓的人提供更多的食物，他就會變得更強壯一樣，科學(xué)家通過增強糖轉(zhuǎn)運蛋白與共生微生物的相互作用，給作物找到了更多的‘好朋友’，這些‘好朋友’可以幫助作物吸收更多養(yǎng)分，從而促進作物的生長和發(fā)育?！?/p>

幫植物渡過難關(guān)的“守護者”

在干旱、鹽漬、低溫等逆境條件下，植物往往面臨巨大挑戰(zhàn)。糖轉(zhuǎn)運蛋白就像“守護者”，通過調(diào)控糖分的輸出和積累，保護細胞膜的穩(wěn)定性和完整性，幫助植物渡過難關(guān)。

比如，在冷脅迫條件下，一些特定的糖轉(zhuǎn)運蛋白給植物披上了一層“保暖衣”，通過積累糖分保護細胞膜免受損傷。而在干旱或鹽脅迫條件下，其他類型的糖轉(zhuǎn)運蛋白則給植物安裝了一個“調(diào)節(jié)器”，通過調(diào)控糖分的轉(zhuǎn)運來維持細胞的滲透壓平衡，讓植物在逆境中茁壯成長。

這些植物糖轉(zhuǎn)運蛋白讓作物在生長過程中獲得了足夠的能量和養(yǎng)分，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

近年來，隨著基因測序和基因編輯技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)家在植物糖轉(zhuǎn)運蛋白功能研究方面取得了顯著進展。

“未來，隨著研究技術(shù)的不斷進步和跨學(xué)科合作的深入開展，會有更多關(guān)于植物糖轉(zhuǎn)運蛋白的新發(fā)現(xiàn)和新策略涌現(xiàn)出來。”曾凡逵表示，“我們希望能夠發(fā)現(xiàn)更多新的‘甜蜜’策略，為作物增產(chǎn)、抗逆性改良以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供更有力的理論支撐和技術(shù)支持。”（葉滿山）