非结构性碳水化合物参与茶树逆境胁迫响应的分子机制研究进展

梁士才 王缓 何珊 李波 丁兆堂 王玉 范凯 钱文俊

摘要：非结构性碳水化合物（NSC）能作为重要的渗透调节剂、抗氧化剂和糖信号分子参与茶树逆境胁迫响应过程。然而，NSC的合成、代谢和转运需众多酶类共同参与完成，说明这些酶类在植物逆境胁迫响应中发挥着重要作用。文章系统总结了茶树中NSC合成、转运和代谢相关酶类参与茶树抗逆响应的研究进展，以期为全面和深入探究NSC在茶树中的功能提供参考。

关键词：茶树；非结构性碳水化合物；逆境响应；分子机制

中图分类号：S571.1                                            文献标识码：A                                            文章编号：1000－3150（2023）09-01-9

Advances in Molecular Mechanisms of Non-structural Carbohydrates

Involved in Stress Response of Tea Plants （Camellia sinensis）

LIANG Shicai1， WANG Huan1， HE Shan1， LI Bo1， DING Zhaotang2， WANG Yu1， FAN Kai1， QIAN Wenjun1*

1. College of Horticulture， Qingdao Agricultural University/Engineering Laboratory of Genetic Improvement of

Horticultural Crops of Shandong Province， Qingdao 266109， China;

2. Tea Research Institute of Shandong Academy of Agricultural Sciences， Ji'nan 250100， China

Abstract： As a type of important osmotic regulator， antioxidant and sugar signaling molecule， non-structural carbohydrate （NSC） plays a central role in stress responses of tea plant. However， the synthesis， metabolism and transport of NSC require the joint participation of many enzymes， indicating that these enzymes play important roles in plant stress response. Here， we systematically reviewed the research progress of NSC synthesis， transport and metabolism related enzymes that participated in the stress response of tea plant. This review would provide a theoretical reference for comprehensively and deeply exploring the functions of NSC in tea plants.

Keywords： Camellia sinensis， non-structural carbohydrates， stress response， molecular mechanism

非結构性碳水化合物（Non-structural carbohydrate，NSC），主要包括淀粉和可溶性糖等，在植物果实与种子发育、碳水化合物分配、逆境胁迫响应等方面发挥着重要作用。植物在遭受逆境胁迫时，NSC会发生差异变化，其可作为重要的渗透保护剂、抗氧化剂和糖信号分子参与到植物逆境响应中。然而，NSC的合成、代谢和转运是由一系列糖代谢相关酶类共同参与完成，说明这些酶类在植物逆境胁迫响应中具有重要作用。

茶树[Camellia sinensis （L.） O. Kuntze]作为多年生常绿木本植物，其生长发育、茶叶产量与品质受众多逆境胁迫影响。已有大量研究表明，在逆境胁迫条件下，茶树中的NSC可作为重要的渗透保护剂、活性氧（ROS）清除剂和糖信号分子参与茶树抗逆响应。同时，NSC的合成与代谢受众多基因调控（图1）。另有研究发现，在茶树抗逆响应中，众多糖合成与代谢相关基因存在差异表达，说明这些基因在茶树抗逆响应中发挥着重要作用。本文主要对淀粉、蔗糖（Suc）、己糖、棉子糖和海藻糖等合成与代谢相关基因的研究进行综述。

1  茶树淀粉合成与代谢相关基因

淀粉是植物贮藏的主要碳水化合物，在植物种子萌发、幼苗生长、胚乳发育以及遭受逆境胁迫时，植物细胞中的α-淀粉酶（AMY）、β-淀粉酶（BAM）、极限糊精酶（PUL）、β-葡萄糖苷酶和α-葡聚糖磷酸化酶（PHO）活性升高，能快速降解淀粉生成能量（ATP）以维持植物正常生命活动。同时，淀粉水解产物中还包括葡萄糖（Glc）和果糖（Fru）等可溶性单糖，这些己糖类能为植物细胞中的生理生化反应提供底物，也能起到增强植物抗逆性的作用。

1.1  α-淀粉酶（AMY）

AMY是植物中的一种内淀粉酶，主要参与催化α-多糖（主要是淀粉）中α-1，4-糖苷键的水解，生成麦芽糖寡糖，但不参与中间淀粉的降解。众多研究表明，植物中AMY基因（α-AMY）具有调控果实成熟以及干旱、高盐和脱落酸（ABA）等胁迫响应的功能。

茶树中现已报道3 个AMY基因[1]，但目前针对这些基因的功能研究还局限于时空表达和组织特异性方面。时空表达模式分析发现，茶树中的AMY基因能响应部分非生物胁迫。其中，CsAMY1、CsAMY 2在ABA或者低温胁迫下表达显著上调，但CsAMY3受低温诱导下调表达。在盐胁迫下，CsAMY1表达上调[2]。另外，CsAMY2在干旱胁迫3 h和9 h表达上调，随后表达下调。此外，有研究发现，CsAMYs和CsBAMs的表达模式与萎凋过程相关，表明淀粉水解酶基因在茶鲜叶采后加工过程中具有重要作用[3]。

1.2  β-淀粉酶（BAM）

BAM是植物中的一种外切水解酶，参与淀粉水解时从淀粉侧链的非还原性末端开始水解α-1，4-糖苷键，从而以麦芽糖的形式对淀粉进行切割，水解生成大量β-麦芽糖及限制性糊精。BAM在淀粉水解过程中具有重要作用，其将大分子糖淀粉水解为多个二糖，增加了植物中的糖含量，从而提高植物抗寒和抗旱性。

目前，茶树中已分离鉴定获得9个BAM基因。亚细胞定位预测显示，CsBAM2、CsBAM7、CsBAM8定位于细胞核，可能不具催化作用，但能参与基因的转录调控；CsBAM1、CsBAM3、CsBAM6定位于叶绿体中，可能起主要的淀粉降解功能；而对CsBAM4、CsBAM5、CsBAM9研究较少，其功能有待发掘[1]。目前，有关CsBAMs在茶树抗逆响应中的研究较少。岳川[1]对CsBAMs基因在冷驯化期间的表达研究发现，CsBAM1、CsBAM2、CsBAM3、CsBAM4、CsBAM9 这5个基因的表达在冷驯化过程中均显著上调。其中，CsBAM3基因在冷驯化处理后的成熟叶和嫩芽中均有较高的表达量，且嫩芽中的表达显著高于成熟叶。同时，该基因在冷驯化期间的高表达持续时间较长。然而，CsBAM6、CsBAM7、CsBAM8的表达受低温诱導不显著，脱驯化后其表达水平低于正常表达水平。另外，CsBAMs还能参与ABA、干旱和高盐等逆境胁迫响应。ABA处理后，CsBAM3、CsBAM5、CsBAM9显著上调表达；盐胁迫处理下，CsBAM3、CsBAM4显著上调表达，CsBAM9在盐胁迫处理3 h和9 h时表达升高，而在盐胁迫处理24 h后表达降低，而CsBAM2、CsBAM6、CsBAM7、CsBAM8则在盐胁迫处理3 h和9 h时表达量显著降低。另外，在干旱胁迫下，CsBAM1、CsBAM3显著上调表达，CsBAM5、CsBAM9则在干旱处理9 h后显著上调表达，而CsBAM4则在3 h和9 h上调表达。郝心愿等[4]对CsBAM3的功能进一步研究发现，该基因在茶树中具有组织表达特异性，其在叶片中的表达量最高，茎和花中的表达量相对较低，而在根系中基本不表达，说明CsBAM3基因可能参与调控茶树叶片发育过程。综合表明，茶树中已知的CsBAMs能参与茶树生长发育及各种逆境响应和植物激素诱导。然而，CsBAMs在茶树抗逆响应中的分子调控机制有待进一步深入研究。

2  蔗糖（Suc）合成与代谢相关酶

Suc作为绝大多数植物光合作用终产物之一，其合成与水解在植物生长发育、胁迫响应和产量形成中具有重要作用。目前研究发现，蔗糖磷酸合成酶（SPS）和磷酸蔗糖磷酸酶（SPP）是参与Suc合成的关键酶类，而转化酶（INV）和蔗糖合成酶（SUS）则是两类关键的蔗糖水解酶。

2.1  蔗糖（Suc）合成相关酶

植物中，Suc的合成主要是通过SPS和SPP以尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）和果糖-6-磷酸（F6P）为底物合成。目前，大量研究已证实SPS和SPP在植物逆境胁迫响应中具有重要作用。

2.1.1  蔗糖磷酸合成酶（SPS）

SPS作为水溶性的糖基转移酶，是调控Suc合成的关键限速酶，主要参与催化F6P和UDPG反应生成6-磷酸蔗糖以及UDP，为Suc的合成提供中间产物。目前，已从众多植物中分离鉴定获得多个SPS基因，且功能研究发现SPS在植物Suc的库源分配方面具有重要作用。SPS可能通过介导Suc的合成速率进而起到调控植物果实和茎的发育，以及响应昼夜节律、低温和渗透胁迫等[5]。茶树中关于SPS的研究尚处起步阶段。前期，朱政[6]首次从茶树中克隆获得1个SPS基因（CsSPS），该基因与烟草和番茄等的SPS基因具有较高同源性。随后，丁菲[7]进一步对CsSPS基因的组织特异性和时空表达模式进行分析发现，CsSPS在不同组织中差异表达，其中，叶中表达量最高，而花中最低，表明CsSPS可能参与茶树叶片的生长发育以及Suc积累过程。另外，茶树在低温胁迫3 h后CsSPS表达升高，并在处理12 h时表达量达到最大值，之后随时间的延长CsSPS表达量下降。杨小青等[8]研究也发现，低温能显著提高SPS的表达量，且外源喷施一定浓度的γ-氨基丁酸（GABA）、绿藻粉和竹醋液能显著提高低温处理下CsSPS基因的表达，进一步表明SPS活性的提高能促进Suc合成以参与茶树抗寒响应。

2.1.2  磷酸蔗糖磷酸酶（SPP）

现有研究表明，除SPS外，Suc的合成还需SPP催化上一步反应中获得的磷酸蔗糖发生脱磷反应后才能生成Suc。SPP是Suc合成途径以及光合碳同化途径中的最后一个酶，此催化反应不可逆。与SPS类似，植物中的SPP在碳水化合物分配和Suc合成方面同样具有重要作用，但目前关于SPP在植物中的功能研究相对较少，茶树中SPP基因的鉴定和研究工作尚未开展，本课题组后续将对茶树中SPS和SPP基因的功能进行探究。

2.2  蔗糖水解酶

2.2.1  转化酶（INV）

植物中的Suc除了自身可作为重要的渗透保护剂、糖信号分子外，还可通过INV不可逆地水解为Glc和Fru，以参与植物正常生长发育和逆境胁迫响应。根据最佳pH和生化活性的不同，INV可分为酸性转化酶（AI）和中性/碱性转化酶（A/N-Inv）。另外，根据亚细胞定位的不同，又可以将INV分为细胞壁结合转化酶（CWIN）、液泡转化酶（VIN）和细胞质转化酶（CIN）[9]。目前，基于过表达、RNAi和CRISPR等技术已证明INV在调控Suc分布、“库-源”关系、原初碳代谢、信号响应和逆境胁迫等方面扮演着重要角色[10-12]。其中，CWIN在植物-病原互作、Suc卸载、种子发育和延缓衰老等方面起主要作用，VIN则主要参与植物细胞扩增、糖类存储和各类非生物胁迫响应，不同亚细胞器定位的CINs 在植物碳分配、能量代谢、细胞分化、组织发育和逆境胁迫响应方面都发挥着重要作用 [13-15]。例如，Xiang等[16]对拟南芥进行外源过氧化氢处理后发现，己糖激酶基因（HXK1）和CIN基因（At-A/NInvA 和 At-A/N-InvG）转录水平被诱导上调表达，且拟南芥叶肉原生质体中过表达At-A/NInvA和At-A/N-InvG能够降低APX2 启动子活性，说明CINs、细胞质内碳水化合物代谢、HXK介导的催化活性和（或）信号与胁迫防御响应之间具有重要联系。另外，Martín等[17]对线粒体定位的A/N-InvA 和A/N-InvC基因突变株进行研究发现，二者可能在细胞器内或线粒体膜上调控着Suc水平，以促进糖分和ROS参与线粒体反向调控过程。

现有研究表明，INV在茶树生长发育和逆境胁迫响应中同样发挥着重要作用。前期，Qian等[18]从茶树中共鉴定获得14个CsINVs基因，包括3个CsCWINs、3个CsVINs和8个CsCINs基因。组织特异性分析发现，这些CsINVs在茶树根、茎、叶和花中均有表达，且CsINV4、CsINV7、CsINV10在成熟叶中具有较高的转录丰度，而CsINV5则在茶树花中极显著高表达。时空表达模式分析发现，这些CsINVs基因在茶树成熟叶和根系中受不同非生物胁迫处理差异表达。其中，1个VIN基因（CsINV5）和3个CIN基因（CsINV2、CsINV10、CsINV12）在茶树冷驯化和低温处理下显著上调表达，表明茶树CsINVs基因在茶树生长发育和逆境胁迫响应中具有重要作用。此外，Qian等[12]进一步对茶树中的CsINV5功能进行验证发现，该基因启动子中的LTRE-related基序是调控CsINV5低温响应的核心元件，而WBOXHVISO1基序则是调控CsINV5参与糖响应的核心元件。过表达CsINV5能通过改变细胞内糖组分含量和参与调控渗透响应途径来提高转基因拟南芥的抗寒能力。然而，He等[19]发现茶树中的AI（CWIN和VIN）活性在茶树不同组织、低温或冷驯化条件下并未与相应AI基因表达成比例同步变化，但和3个转化酶抑制子基因（CsInvInh1、CsInvInh2、CsInvInh3）的表达负相关，说明INV中的AI在茶树中的功能除了受转录、转录后调控外，还在蛋白翻译后表达水平受转化酶抑制子（InvInh）严格控制。

2.2.2  蔗糖合成酶（SUS）

除INV外， SUS同样参与植物体内Suc的水解，能将Suc水解为UDP-Glc和Fru。现有研究发现，SUS在植物器官成熟过程中参与维持库强稳固和合成库产物等[20-21]。基于SUS具有比INV水解Suc更节能的特点，SUS可作为一个特异的库强生化标记，特别是在一些易缺氧的庞大组织器官中[22]。另外，发育的种子和果实中比叶片中具有更高的SUS活性，过表达SUS能促进纤维合成、种子和果实发育，而抑制SUS的表达则会造成种子干枯[23]。目前，茶树中已经分离鉴定获得4个蔗糖合成酶基因[24]。亚细胞定位预测显示，CsSUS1主要定位于细胞质、线粒体和叶绿体中，CsSUS2主要定位于线粒体和叶绿体中，CsSUS3主要定位于细胞质，而CsSUS4主要分布在细胞质或细胞核，这种定位的差异可能是其功能多样性的原因之一。此外，Yue等[2]探究了这4个基因在茶树冷驯化期间的表达模式发现，CsSUSs表达模式各异。其中，CsSUS1的表达明显被抑制；CsSUS2和CsSUS3的表达存在差异，但不显著；CsSUS4的表达在冷驯化耐寒性阶段则显著升高，说明CsSUS4可能是茶树冷驯化期间参与Suc水解的一个关键基因。尽管如此，茶树中有关CsSUSs的功能研究尚少，还需开展深入研究。

3  己糖激酶（HXKs）

己糖，包括Glc和Fru，是植物光合作用的重要产物，也是众多代谢途径和有机物的初级产物。在植物中，己糖需被HXKs和果糖激酶（FRKs）磷酸化后形成葡萄糖-6-磷酸（Glc-6-P）和F6P后，才能被用于糖酵解、呼吸、分解和合成代謝等[25]。现有研究表明，HXKs作为糖传感蛋白，在植物中能参与糖信号转导、碳水化合物代谢，并能感知各种逆境胁迫、光照、激素和养分等，从而介导植物种子萌发、开花和衰老等生长发育过程，以及抗旱、抗寒和抗盐等非生物胁迫响应[26-27]。另外，HXKs还参与植物叶绿体、线粒体高尔基体复合体和内质网等亚细胞器膜与质膜的合成[28-29]。目前，茶树中已克隆获得4个CsHXKs和7个CsFRKs[25]。生信分析发现，这11个激酶蛋白能被分为6类，且除CsFRK7外，其他的蛋白氨基酸序列中均包含一个ATP结合区域和一个糖识别区域。时空表达模式分析发现，CsHXKs和CsFRKs的转录丰度受低温、干旱、盐和ABA处理差异表达。其中，CsHXK3和CsHXK4基因在茶树根系和叶片中受低温诱导显著上调表达。另外，盐和干旱胁迫下，叶片和根系中的CsHXK1显著上调表达，而茶树叶片和根系中的CsHXK3还受外源ABA处理显著诱导表达。陈江飞等[30]研究发现，CsHXK1还能响应逆境胁迫，在茶树受到高温、干旱、低温和高盐胁迫下，CsHXK1基因表达上调。另外，李娜娜等[31]进一步研究发现，去除叶绿体转运信号肽的CsHXK2蛋白具有Glc和Fru磷酸化活性，同时，茶树中CsHXK2在低温条件下表达显著下调，且炭疽菌侵染的茶树叶片内CsHXK2基因表达也显著下调，但在外源赤霉素（GA3）处理下该基因表达显著上调。综上所述，茶树中有关HXK和FRK的研究尚处于起步阶段，这些激酶蛋白参与茶树逆境响应的分子机制尚需深入探究。

4  海藻糖合成酶

海藻糖是一种非还原性二糖，是植物中化学性质最稳定的糖类之一，除作为渗透调节剂以及ROS清除剂外，海藻糖还具有保护蛋白质和细胞膜的功能，能有效提高植物对非生物胁迫的耐受性[32]。另外，外源海藻糖处理可有效缓解植物渗透胁迫损伤，抑制细胞外碱化，降低ROS含量以及维持微管细胞骨架的完整性[33]。植物中，海藻糖的合成主要受海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）和磷酸海藻糖磷酸酶（TPP）控制，其中，TPS能够催化Glc-6-P和尿苷-5-二磷酸葡萄糖的反应生成海藻糖-6-磷酸（Tre-6-P），然后经TPP催化Tre-6-P脱磷生成海藻糖，在此过程中TPS属于关键限速酶。大量研究发现，TPS在植物逆境胁迫响应中具有重要作用。目前，有关茶树TPS和TPP的功能研究尚处起步阶段。丁菲[7]从茶树中克隆获得首个TPS基因（CsTPS1），该基因编码的TPS蛋白具有明显的TPS 和TPP 结构域，且与拟南芥中的AtTPS1同源性较高。表达分析发现，低温条件下 CsTPS1在茶树衰老叶和嫩叶中的表达高于根系，说明该基因可能参与了茶树的抗寒响应。随后，岳川[1]进一步从茶树中鉴定获得5 个CsTPSs 基因（CsTPS1、CsTPS6、CsTPS7、CsTPS10、CsTPS11）。其中，CsTPS1与丁菲[7]报道基因一致。进化分析显示，CsTPS1与其他植物中的同类TPS聚为一类，属于TPS亚家族I中的成员，可能是茶树中海藻糖合成的主要TPS蛋白，而剩余4个TPS蛋白属于亚家族II，可能不起催化作用，但在海藻糖合成中起调控作用。表达分析发现，这些CsTPSs 基因在茶树冷驯化过程中均不同程度上调表达，其中，CsTPS6、CsTPS11上调表达最显著，这些基因的上调表达可能对海藻糖的合成具有调控作用[1]。尽管如此，这些基因是如何参与茶树抗寒响应的，其在茶树其他逆境响应方面又发挥什么作用，这些问题均需未来深入探究。

5  棉子糖家族寡糖（RFOs）合成相关酶

RFOs不仅是植物韧皮部同化物运输的主要形式，而且在植物遭受低温、干旱和高盐等胁迫时，含量会增加[34-35]。RFOs含量增加，一方面会降低细胞渗透势，增强植物的渗透调节能力；另一方面，RFOs具有较强的抗氧化活性，能够快速清除植物中过量的活性氧和自由基[36]。植物中，RFOs合成主要受肌醇半乳糖苷合酶（GolS）和棉子糖合酶（RS）控制，其中，GolS通过催化UDP-半乳糖和肌醇生成肌醇半乳糖苷，随后经RS催化肌醇半乳糖苷生成半乳糖基，最后与Suc通过α-1，6-糖苷键连接生成棉子糖[37]。基于全基因组水平，目前已从很多植物中鉴定获得多个GolS和RS基因。深入研究发现，这些基因在植物生长发育以及逆境胁迫响应过程中均有重要作用。目前，茶树中已克隆获得3个CsGolSs基因。原核表达分析显示，这3个基因编码蛋白分子量基本都在50 kDa左右，且均具GolS活性。生物和非生物胁迫条件下，CsGolS1基因表现为对水分亏缺、低温和ABA敏感，而CsGolS2和CsGolS3基因则对害虫侵袭和植物激素敏感。基因调控和RFOs测定结果表明，CsGolS1主要参与茶树非生物胁迫响应，而CsGolS2和CsGolS3主要参与茶树生物胁迫响应[38]。另外，Yue等[2]研究发现，冷驯化过程中CsRS1和CsRS2响应低温胁迫表达上调。除CsGolSs基因外，岳川[1]从茶树中鉴定获得2个CsRS基因，二者编码氨基酸序列中均包含保守的 KVD 和 RASDD基序。表达分析发现，CsRS1和CsRS2在茶树冷驯化期間显著上调表达，二者的上调表达可能通过参与RFOs的合成以参与茶树抗寒响应过程。

6  糖转运体

植物中的糖类物质在不同细胞器，如叶绿体、液泡、内质网或高尔基体等的短距离运输或从“源组织”到“库组织”的长距离运输通常需要借助一类糖转运体介导完成。目前，已报道有蔗糖转运体（SUT）、SWEET（Sugars will eventually be exported transporters）转运体、单糖转运体（MST）等多种糖转运蛋白参与到植物体内糖类物质的积累与分配，这些转运蛋白在植物逆境响应中扮演着重要角色。本文将着重对茶树中已报道的几类糖转运蛋白的研究进展进行总结。

6.1  蔗糖转运体

高等植物中，Suc无论是短距离运输或是进入韧皮部和离开韧皮部时的装卸都是由SUT或载体蛋白介导的。现有研究表明，SUT通过逆浓度梯度和质子梯度，协同质子以 1∶1化学计量比跨膜转运Suc[39]。高等植物中，SUT家族成员可分为3个亚家族SUTI、SUTⅡ、SUTIII，其中SUTI亚家族成员为双子叶植物所特有，主要负责Suc在韧皮部的装载和在库组织细胞中的摄入[40]。大量研究表明，植物中SUT可通过介导植物体内Suc的转运参与一系列生长发育和生理响应过程。茶树中，目前已克隆获得4个SUT基因，但其相应的功能研究较少。现有研究发现，CsSUT2和CsSUT4属于双子叶植物中特有的SUTI亚家族成员，而CsSUT1和 CsSUT3属于单子叶植物和双子叶植物共有的SUTIII亚家族成员。表达分析发现，这些CsSUTs基因在茶树冷驯化早期的表达量显著升高，这与Suc含量的升高趋势一致。然而，当茶树叶片中Suc含量最高时，CsSUTs基因的表达逐渐下降并维持在相对稳定水平，表明茶树中CsSUTs能通过调控Suc的分配来参与茶树抗寒响应过程[1]。

6.2  SWEET转运体

除SUT转运体外，SWEET转运体是近年来在植物体中新发现的一类重要的糖转运蛋白。SWEET转运体主要包含7个跨膜结构域，其功能不受细胞pH影响，能够促进Suc转运过程中沿浓度梯度向胞间连丝转移。而且，SWEET作为双向糖转运蛋白，不仅可以通过细胞膜以葡萄糖转运体的形式调节Glc的摄取，还可以通过同聚或异聚的方式形成功能性孔，形成糖运输通道并驱动其功能[41]。众多研究者围绕SWEET的功能开展了大量研究。现已证明，SWEET转运体在韧皮部糖转运、花粉营养、泌蜜、籽粒灌浆、叶片衰老、果实和种子发育、成花转换、生物和非生物响应等方面均发挥着重要作用[42]。

近年来，SWEET在茶树中的功能研究也取得了一定进展。其中，Wang 等[43]和Jiang等[44]相继从茶树中分别鉴定获得13个和28个CsSWEETs基因。其中，Wang 等[43]进一步研究发现，茶树叶片中有8个CsSWEETs 基因参与了各种非生物胁迫响应和自然冷驯化下茶树抗寒性的提高。同时，CsSWEET3、CsSWEET16的表达还受炭疽菌侵染诱导上调。另外，对这些转运体的转运活性分析发现，CsSWEET1a、CsSWEET1b、CsSWEET7、CsSWEET17表现出Glc类似物和其他己糖的转运活性。拟南芥中过表达CsSWEET16能提高转基因植株的抗寒能力，主要表现为较低的电导率和较高的Fv/Fm值。同时，转基因株系中的Suc和Glc含量比野生型要高，但Fru含量低于野生型。此外，在atsweet16-1突变体中过表达CsSWEET16也能抑制Fru含量的升高，说明CsSWEET16在拟南芥中可作为Fru含量的调控因子[43]。除CsSWEET16外，Yao等[45]进一步发现，茶树中的CsSWEET1a、CsSWEET17及可变剪切体CsSWEET17-Ex均受低温和冷驯化诱导上调表达，表明可变剪切参与SWEET 转运蛋白在茶树对冷胁迫响应中的功能。作为质膜定位的SWEET蛋白，在拟南芥中分别过表达CsSWEET1a和CsSWEET17基因后发现，过表达株系在低温下的相对电导率和转化酶基因的表达显著低于野生型，说明CsSWEET1a和CsSWEET17过表达后通过介导糖在细胞内空间和细胞壁之间的分布来提高转基因植株的抗冻性。

6.3  单糖转运体

植物中还包含一类单糖转运体（MST），与SUT共属转运蛋白超家族（MFS）成员，均包含12个跨膜螺旋[42]。研究发现，MST可被进一步分为7类，包括糖转运蛋白（STP）、多元醇（单糖）转运体（PMTs）、肌醇转运体（INTs）、液泡葡萄糖转运体（VGTs）、液泡膜转运体（TMTs）、质体葡萄糖转运体（pGlcTs）、G蛋白β1抑制子（SGB1）和脱水早期响应6-like转运体（ESLs）。其中，VGTs和TMT作为糖/H+反向转运体能将糖类转运至液泡中；ESLs则通过能量非依赖途径将糖类转运出液泡；pGlcTs负责将糖类转运出质体；INTs定位于质膜和液泡膜，能运输肌醇；STPs作为质膜定位的H+-己糖转运体，在库和源组织中运输Glc、Fru和半乳糖；PMT参与跨质膜的己糖转运，是广泛的底物谱质子转运体，能转运多元醇、己糖和（或）戊糖[46]。这些转运体在植物糖类物质转运与分配，以及糖类物质在细胞间或长距离运输中发挥着重要作用。

在茶树中，目前有关MST的研究相对较少。前期，岳川[1]从茶树中克隆获得4个CsERD6-like基因（CsERD6-1、CsERD6-6、CsERD6-7、CsERD6-16）、2个CsTMTs基因（CsTMT1、CsTMT2）、2 个CsSTPs基因（CsSTP1、CsSTP5）、2 个CsINTs 基因（CsINT1、 CsINT2）和 1 个CsPMT基因（CsPMT4）。此后，进一步对这些基因在茶树冷驯化期间的表达进行分析发现，CsTMT1、CsPMT1、CsSTP1和CsSTP5在茶树冷驯化早期被诱导上调表达，CsINT1和CsERD6-1、CsERD6-6、CsERD6-16在冷驯化中也被显著诱导上调表达，而 CsERD6-7和CsINT2的表达则被显著抑制。這些结果表明，茶树中不同类型的糖转运体在茶树抗寒响应中发挥着重要作用，但功能各异。然而，现有的研究尚未全面解析各类糖转运体在茶树中的功能，未来还需深入研究。

7  总结与展望

众多研究表明，参与NSC合成、代谢和转运等相关的酶类及转运蛋白在茶树抗逆响应中发挥着重要作用。然而，目前关于NSC代谢途径参与茶树抗逆响应的分子调控机制研究还存在很多不足。一方面，很多NSC代谢相关基因多以基因家族形式发挥作用，但目前很多基因家族成员未得到全面鉴定和克隆。另一方面，NSC代谢相关基因在茶树生物和非生物胁迫中的功能研究不全面，大部分研究主要是针对NSC代谢相关基因在茶树抗寒响应中的作用，而这些基因参与其他逆境胁迫响应的研究相对较少。再者，目前大部分研究仅从基因转录水平上探究相关基因参与茶树抗逆响应的情况，但这些基因在转录后、翻译、翻译后、蛋白修饰、转录调控和蛋白互作等方面的精细调控尚有较大的研究空间。此外，已报道的NSC代谢相关基因的功能主要是借助于模式植物进行功能验证，而在茶树中开展功能研究较少。随着生物技术的不断发展和茶树基因组测序的完成，相信这些问题会在不久的将来逐一得到解决。

参考文献

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