Zhang, X.; Wang, S.; Ren,Y.; Gan, C.; Li, B.; Fan, Y.; Zhao, X.;Yuan, Z. Identification, Analysis and Gene Cloning of the SWEET Gene Family Provide Insights into Sugar Transport in Pomegranate (Punica granatum).Int. J. Mol. Sci.2022,23, 2471. https://doi.org/10.3390/ijms23052471

Abstract: Members of the sugars will eventually be exported transporter (SWEET) family regulate the transport of different sugars through the cell membrane and control the distribution of sugars inside and outside the cell. The SWEET gene family also plays important roles in plant growth and development and physiological processes. So far, there are no reports on the SWEET family in pomegranate. Meanwhile, pomegranate is rich in sugar, and three published pomegranate genome sequences provide resources for the study of the SWEET gene family. 20 PgSWEETs from pomegranate and the known Arabidopsis and grape SWEETs were divided into four clades (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ) according to the phylogenetic relationships. PgSWEETs of the same clade share similar gene structures, predicting their similar biological functions. RNA‐Seq data suggested that PgSWEET genes have a tissue‐specific expression pattern. Foliar application of tripotassium phosphate significantly increased the total soluble sugar content of pomegranate fruits and leaves and significantly affected the expression levels of PgSWEETs. The plant growth hormone regulator assay also significantly affected the PgSWEETs expression both in buds of bisexual and functional male flowers. Among them, we selected PgSWEET17a a s a candidate gene that plays a role in fructose transport in leaves. The 798 bp CDS sequence of PgSWEET17a was cloned, which encodes 265 amino acids. The subcellular localization of PgSWEET17a showed that it was localized to the cell membrane, indicating its involvement in sugar transport. Transient expression results showed that tobacco fructose content was significantly increased with the up‐regulation of PgSWEET17a, while both sucrose and glucose contents were significantly down‐regulated. The integration of the PgSWEET phylogenetic tree, gene structure and RNA‐Seq data provide a genome‐wide trait and expression pattern. Our findings suggest that tripotassium phosphate and plant exogenous hormone treatments could alter PgSWEET expression patterns. These provide a reference for further functional verification and sugar metabolism pathway regulation of PgSWEETs.

Keywords:pomegranate; SWEET gene family; gene expression; gene cloning; subcellular localization

首发 | 南京林业大学林学院苑兆和教授课题组开展对石榴糖转运SWEET基因家族研究最新成果

转发：落叶果树，2022-02-25 11:39

POMEGRANATE

石榴SWEET基因家族分析

石榴是古老的果树之一，其驯化史可追溯到公元前4000-3000年，栽培遍及世界各地不同的亚热带和热带小气候区，如中国、伊朗、美国、土耳其、埃及、意大利、印度、智利和西班牙，是一种具有很高食用和药用价值及保健功能的超级水果，深受大众喜爱，市场潜力巨大。

榴枝婀娜榴实繁，榴膜轻明榴子鲜。

目前，对石榴糖代谢的研究主要集中在可溶性糖组分和含量的测定上，对糖代谢调控机理的研究仍较为缺乏。SWEET(sugars will eventually be exported transporter)家族成员可顺浓度梯度对糖分进行双向跨膜运输，在植物生长发育中也发挥着重要作用，广泛存在于植物中，但对其功能研究仍主要集中在拟南芥和水稻上。

SWEET基因家族分析最新进展

近日，南京林业大学林学院苑兆和教授课题组完成的题为“Identification, Analysis and Gene Cloning of the SWEET Gene Family Provide Insights into Sugar Transport in Pomegranate (Punica granatum)（SWEET基因家族分析和基因克隆为石榴糖转运提供了新见解）”研究论文在International Journal of Molecular Sciences (IF=5.924)刊发。

原文链接：

https://www.mdpi.com/1422-0067/23/5/2471

该研究作者首先在石榴基因组中鉴定出20个SWEET基因家族成员，系统发育分析表明PgSWEET基因被划分为4个进化分支，同一分支的基因具有相似的基因结构，并且存在串联复制现象。

石榴、拟南芥和葡萄SWEET基因家族系统发育树

当石榴果实进入转色期时，果实的生长和糖的积累需要营养物质，此时，除基本合理施肥外，适当的叶面施肥可以补充充足的营养，促进果实生长，增加甜度，成功着色，因此作者对石榴果树进行了叶面施肥。结果表明，叶面喷施磷酸三钾溶液显著提高了石榴果实TSS/TA比值、果实和叶片可溶性总糖含量。为了进一步探究磷酸三钾对石榴果实和叶片糖转运的影响，测定了16个PgSWEET基因表达量，发现磷酸三钾显著影响了石榴果实和叶片中PgSWEET的表达模式。因此推测PgSWEET响应磷酸三钾，参与调节石榴组织可溶性糖的再分配。

PgSWEET17a属于分支Ⅳ，在叶片中起运输果糖的作用。为了验证其功能 ，作者从石榴cDNA中克隆了798 bp的PgSWEET17a，编码265个氨基酸，亚细胞定位显示其定位于细胞膜上。瞬时表达结果显示，随着PgSWEET17a表达量的上调，烟草果糖含量显著增加，而蔗糖和葡萄糖含量显著下降。

系统发育分析、基因结构和RNA-Seq数据的整合提供了石榴全基因组中SWEET性状和表达模式。对PgSWEET17a基因的克隆、亚细胞定位和烟草瞬时表达进行分析，为研究其在石榴糖转运中的生物学功能提供参考。

南京林业大学林学院博士研究生张心慧为论文第一作者，苑兆和教授为通讯作者。该研究受到了南京林业大学高层次人才科研启动基金（GXL2014070，GXL2018032），国家自然科学基金（31901341），江苏省自然科学基金青年基金（BK20180768）和江苏省高校优势学科建设工程（PAPD）的支持。

研究团队简介

苑兆和教授团队师生合影

首席科学家/课题组长介绍：

苑兆和，南京林业大学博士、教授、博士生导师，国际园艺学会石榴工作组主席，中国园艺学会石榴分会名誉理事长，2018-2022年教育部园艺（含茶学）类教学指导分委员会委员。主要从事果树与园林植物种质资源与育种、分子生物学和基因组学等研究工作，特别是石榴等果树种质资源的评价与创新利用的研究。1994年1月至1997年1月先后在美国华盛顿州立大学（Washington State University）和马里兰大学（University of Maryland）做访问学者。主持国家自然科学基金面上项目、国家科技基础性工作专项、国家科技支撑计划和科技发展计划等国家级和省部级研究项目30余项。在Plant Biotechnology Journal、International Journal of Molecular Sciences、Gene、BMC Plant Biology、PeerJ、Journal of Genetics and Genomics、Journal of Plant Biology、Journal of Plant Research、Journal of Agricultural Science and Technology等刊物先后发表文章200余篇，获省部级科技进步奖6项，审定石榴及园林植物品种25个，获国内外专利50余项，主编《中国果树科学与实践-石榴》、国际园艺学报1089期（Acta Horticulturae 1089）(英文版)、《中国现代果树栽培》、《中国石榴病虫害综合管理 》和《石榴文化艺术与功能利用》等著作10余部。多项科研成果在全国业内广泛应用，为我国乃至世界石榴产业转型升级提供了科技支撑。

主要研究领域：

果树与园林植物特别是石榴种质资源与遗传育种、分子生物学及生物信息学研究。