Nature Plants | 许德阳团队研究揭示抗病物质在种子成熟过程中的“转运级联”！

养过豆苗的人都知道，发豆苗只要浇水就可以了，而且发了再剪，剪了还发，可以长好几拨营养鲜嫩的豆苗。幼苗旺盛的独立生长能力和较强的抗病能力让人惊叹，这得感谢豆种为幼苗在生长初期提供了充足的养分和一定的抗病物质。种子中的营养和抗病物质的积累离不开母体在种子发育过程中源源不断的供给，然而我们对很多营养物质尤其是抗病物质从母体运输到胚胎的具体路径，以及转运的分子机理并不清楚。

近日，丹麦哥本哈根大学许德阳研究组在 Nature Plants在线发表了题为An UMAMIT-GTR transporter cascade controls glucosinolate seed loading in Arabidopsis的研究论文，利用模式植物拟南芥种子中积累的抗病物质硫苷作为一个模型，解析了硫苷在种子成熟过程中从母体到胚胎的转运路径。研究发现，硫苷从合成到在胚胎中积累，至少要跨过四个细胞膜，这是通过运出蛋白和运进蛋白组成的“转运级联”来实现。

为了方便理解，打个比方——小王从家给幼儿园的娃小小王送苹果。苹果就是硫苷，小王家有几颗苹果树，这就是源头，小小王需要苹果，就好比是胚胎。那么苹果要树上摘下来，这摘苹果的过程就是第一步运出蛋白的工作过程。接下来小王把苹果装进口袋，蹬自行车大约1公里去幼儿园，这第二步蹬上自行车，依靠的是运进蛋白。到了幼儿园，苹果要从自行车上卸下来，靠的是第三个运出蛋白，最后第四个运进蛋白最辛苦，要把苹果送到娃的口中。

这四个转运蛋白协同工作，通过一个一个的接力完成了从”源”合成器官到”库”储存器官的运输。值得注意的是，从苹果树上摘取苹果以及从车上卸苹果的过程十分轻松，相对应的，在植物体内把硫苷从细胞内运输出去是不需要消耗能量的。而蹬自行车，再把苹果塞到娃嘴里，哄娃吃下去是一个费力的过程，相对应的，在植物体内两次从细胞外向细胞内运输靠的是消耗能量的运进蛋白。

代谢物从植物的母体到胚胎要经过的转运过程非常复杂，不同发育时期路径不一样，不同的物质，路径也不同。很多代谢物对胚胎的发育至关重要，转运过程一旦受到影响，会造成胚胎发育缺陷甚至致死的严重表型，限制了研究。在这项研究中，他们利用了种子中没有合成活性的硫苷作为模型，利用了胚胎荧光标记，结合分子遗传学手段，首次解析了物质转运的每个环节对种子中物质含量的贡献。同时，他们还发现了种子中不同种类硫苷积累的方式是不同的，好比发现了这几棵苹果树中，到底哪一棵树结的苹果娃娃最爱吃，小王最爱摘，最爱运输。

图：硫苷运出蛋白在发育中的拟南芥果荚和种子中的表达。其中绿色是硫苷运出蛋白UMAMIT29融合荧光蛋白，橙色显示胚胎特异的FastRed选择标记，红色显示叶绿素自发荧光。

在该团队2023年4月发表的Nature工作中，他们报道了硫苷的运出蛋白。这个工作发现，硫苷运出和运进种子不是一个简单开门、进门的过程，而要经历至少四个步骤。这个认识有助于找到营养物质和抗病物质转运到种子中的薄弱环节，为提高种子的产量和品质提供一些新的思路。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-023-01598-4

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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