中国农业大学｜农学院周顺利团队、园艺学院高丽红团队联合西北农林在作物光合同化物装载调控方面取得重要进展

近日，我校农学院、园艺学院联合西北农林和澳洲国立大学在国际顶级学术期刊《国家科学综述》（National Science Review）在线发表最新研究成果Synchronizing Sucrose Effluxers with Influxers in Phloem Loading for Yield Output and Adaptation to Environment，发现协调光合产物韧皮部装载的“出-入口”，可望实现作物产量和气候韧性的协同提升。

作物产量不仅取决于光合作用能制造多少碳水化合物，更取决于这些光合产物能否顺利运输到种子或果实等非光合的库器官。碳水化合物（糖分）的韧皮部装载是其长距离运输的第一步：糖首先由 SWEET 蛋白“释放”出外排细胞，再通过 SUT 转运蛋白主动“吸收”进入韧皮部，最终被输送至库器官中1,2。长期以来，关于“释放”和“吸收”过程之间是否有协同调控，科学界有很多猜测，但始终缺乏证据。

研究以玉米、番茄和拟南芥为材料（覆盖C3/C4和单/双子叶作物），通过分析上千份转录组数据，利用突变体验证，发现介导韧皮部装载过程的 SWEET 与 SUT在叶片生长、发育、响应生物与非生物胁迫等方面均表现出高度同步的表达模式，系统证明了二者在转录水平的紧密协同关系（图1）。

图1.作物光合产物装载中的“释放”和“吸收”过程的协同调控

更为关键的是，韧皮部装载的“出-入口”耦合程度直接影响糖分的韧皮部装载效率与最终产量，说明装载环节的协同调控是源-库关系中的关键“阀门”（图2）。

图2.韧皮部装载“出-入口”协同能力直接影响产量水平

该研究首次提供了介导韧皮部装载的SWEET与SUT协同调控的确凿证据，填补了源-库-流理论中关于装载过程与作物生长发育和产量形成关系的“空白拼图”，明确指出装载效率可以决定作物产量。研究团队认为，未来通过调控这两类基因的协同作用，将有望比单纯提升光合作用更有效地提高作物产量，并同时增强作物的气候韧性。

该研究中国农业大学为第一完成单位，中国农业大学农学院申思副教授和园艺学院马斯副教授为论文并列第一作者，西北农林科技大学/澳洲国立大学Yong-Ling Ruan教授为通讯作者，中国农业大学周顺利、高丽红、田永强教授对研究给予支持。该研究得到了国家自然科学基金、国家高层次领军人才项目、国家现代农业产业技术体系、玉米生物育种国家重点实验室、中国农业大学2115人才培育支持计划等项目资助。