燕麦蔗糖转运蛋白基因家族的鉴定及其对干旱和盐碱胁迫的响应

doi:10.11686/cyxb2025345

草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (8): 144-156.DOI: 10.11686/cyxb2025345

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燕麦蔗糖转运蛋白基因家族的鉴定及其对干旱和盐碱胁迫的响应

刘进娣¹^,³(), 陈仕勇²(), 李进¹, 蒋涛², 梁国玲¹, 周青平²

^1.青海大学畜牧兽医科学院，青海西宁 810016
^2.西南民族大学四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站，四川成都 610041
^3.云南省农业科学院热区生态农业研究所，云南元谋 651300

收稿日期:2025-08-27 修回日期:2025-10-20 出版日期:2026-08-20 发布日期:2026-06-22
通讯作者: 陈仕勇
作者简介:Corresponding author. E-mail： chengshi8827@163.com
刘进娣（1996-），女，甘肃白银人，在读博士。E-mail： liujindi6922@126.com
基金资助:
四川省区域创新合作项目(2025YFHZ0282);四川省重点研发项目(2021YFYZ0013);云南种子种业联合实验室元谋研发中心共享平台建设实验室项目(202405AR340001)

Identification of the sucrose transporter gene family in oats and its response to drought and saline-alkali conditions

Jin-di LIU¹^,³(), Shi-yong CHEN²(), Jin LI¹, Tao JIANG², Guo-ling LIANG¹, Qing-ping ZHOU²

^1.Qinghai Academy of Animal Science and Veterinary Medicine，Qinghai University，Xining 810016，China
^2.Sichuan Zoige Alpine Wetland Ecosystem National Observation and Research Station，Southwest Minzu University，Chengdu 610041，China
^3.Institute of Tropical Eco-agricultural，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Yuanmou 651300，China

Received:2025-08-27 Revised:2025-10-20 Online:2026-08-20 Published:2026-06-22
Contact: Shi-yong CHEN

摘要/Abstract

摘要：

蔗糖转运蛋白（SUT）是高等植物体内蔗糖由源到库器官长距离转运的重要跨膜运输载体，在植物生长发育和抵抗逆境胁迫中具有重要作用。本研究利用生物信息学方法在燕麦全基因组中鉴定出9个AsSUTs基因家族成员，并对其理化性质、基因结构、染色体位置分布、系统进化、启动子元件及不同非生物胁迫下的表达模式进行分析。结果表明，AsSUTs编码氨基酸序列长度为490~687 aa，蛋白预测分子量（Mw）为52.51~73.45 kDa，理论等电点（pI）为6.13~9.72，分布在8条染色体上。启动子元件主要包括激素、生长发育及非生物胁迫响应。AsSUT成员的基因结构和蛋白结构具有高度保守性。通过表达模式分析得出，AsSUTs家族成员在干旱和碱胁迫下的表达水平普遍高于盐胁迫。在干旱胁迫下除AsSUT6，其他AsSUTs家族成员均表现出胁迫叶片中的表达量显著高于正常叶片；盐胁迫下AsSUT1、AsSUT4、AsSUT6均在受胁迫叶片中的表达量显著高于正常叶片；碱胁迫下除AsSUT7，其他AsSUTs家族成员均在受胁迫叶片中的表达量显著高于正常叶片。AsSUT1对不同的非生物胁迫表现出更强的响应，表明其可能在燕麦抵抗逆境胁迫中发挥重要作用，这为燕麦SUT家族及其响应环境胁迫进一步研究提供了理论依据。

关键词: 燕麦, 蔗糖转运蛋白, 生物信息学, 逆境胁迫, 基因表达

Abstract:

Sucrose transporters （SUT） are critical transmembrane carriers in higher plants， responsible for the long-distance transport of sucrose from source to sink organs， and sucrose loading and unloading. They play vital roles in plant growth， development， and stress resistance. In this study， we employed bioinformatics methods to identify 9 AsSUTs gene family members in the oat （Avena sativa） genome and analyzed their physicochemical properties， gene structures， chromosomal distributions， phylogenetic relationships， promoter cis-elements， and expression patterns under various abiotic stresses. It was found that the encoded AsSUTs proteins ranged in length from 490 to 687 amino acids， with predicted molecular weights （Mw） of 52.51-73.45 kDa and theoretical isoelectric points （pI） of 6.13-9.72. The genes are distributed across eight chromosomes， with promoter elements primarily involved in hormone response， growth and development， and abiotic stress response. The gene and protein structures of AsSUT members exhibit high conservation. Expression pattern analysis revealed that expression levels of AsSUTs family members under drought and alkaline stress were generally higher than under salt stress. Under drought stress， except for AsSUT6， all other AsSUTs family members showed significantly higher expression in stressed leaves compared to normal leaves. Under salt stress， AsSUT1， AsSUT4， and AsSUT6 exhibited significantly higher expression in stressed leaves than in normal leaves， while under alkaline stress， all AsSUTs members except AsSUT7 showed significantly elevated expression in stressed leaves. Notably， AsSUT1 demonstrated stronger responsiveness to various abiotic stress environments， suggesting its potential critical role in oat stress resistance. These findings provide a theoretical foundation for further research on the SUT family members in oats and their response to environmental stresses.

Key words: Avena sativa, sucrose transporter, bioinformatics, adversity stress, gene expression

刘进娣, 陈仕勇, 李进, 蒋涛, 梁国玲, 周青平. 燕麦蔗糖转运蛋白基因家族的鉴定及其对干旱和盐碱胁迫的响应[J]. 草业学报, 2026, 35(8): 144-156.

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图/表 12

表1 定量PCR引物

Table 1 Primers for RT-qPCR

基因Gene	正向引物Forward primer （5′-3′）	反向引物Reverse primer （5′-3′）
AsSUT1	GCCCAATTGCTGGCTTAGTG	CACCTCCTTGGCGAAGATCA
AsSUT2	GCGCCATCATCGTCTACCTC	CCAGTCGGTGTCAAAGAGGA
AsSUT3	TTGCTGGCCTAGTGGTTCAA	CCACTTGTGCCAGTTGTTTGT
AsSUT4	TACTGTGCAAGGTCCAGCTC	AGGCCAGTTACAAGGAGCAC
AsSUT5	TCATCGTCTACCTCATCGGC	CCCATCCAGTCGGTGTCAAA
AsSUT6	CAGTACAAGGACCTGCTCGT	CTAAAACCGCTCCTGGTCCA
AsSUT7	ATACCACTGAGCACTGCAGC	GAGACATTGTTTGTGTCCGCA
AsSUT8	GACTCTAGGAATAGACCATGCCA	GACAGCCATCCATGAGCAGA
AsSUT9	GATTCTGGCTCCTCGACGTC	CTCCCTCGGTAGATCTCCCG
AsFPGS	AGGACCGAGATTGTTCTTTA	AGAATCTTTCGAGATTTGCC

表2 燕麦AsSUT基因家族的成员信息

Table 2 Information of oat AsSUT gene family members

基因 Gene	基因注释 Gene annotation （ID）	外显子 Exons	内含子 Introns	生理特性Physiological properties		等电点 pI	亚细胞定位 Subcellular location
基因 Gene	基因注释 Gene annotation （ID）	外显子 Exons	内含子 Introns	长度 Length （aa）	分子量 Mw （Da）	等电点 pI	亚细胞定位 Subcellular location
AsSUT1	AVESA.00001b.r3.1Dg0003257	1554	11	517	54824.20	8.68	质膜Plasma membrane
AsSUT2	AVESA.00001b.r3.4Ag0000477	1794	4	597	63701.01	9.26	质膜Plasma membrane
AsSUT3	AVESA.00001b.r3.4Ag0002269	1563	11	520	54981.37	8.67	质膜Plasma membrane
AsSUT4	AVESA.00001b.r3.4Cg0001270	1473	11	490	52507.81	8.93	质膜Plasma membrane
AsSUT5	AVESA.00001b.r3.4Dg0000827	1713	4	570	60921.90	8.90	质膜Plasma membrane
AsSUT6	AVESA.00001b.r3.6Ag0002163	1833	14	610	65306.96	6.13	质膜Plasma membrane
AsSUT7	AVESA.00001b.r3.6Cg0001159	1839	13	612	65052.66	6.49	质膜Plasma membrane
AsSUT8	AVESA.00001b.r3.6Dg0001824	2064	13	687	73448.24	7.88	质膜Plasma membrane
AsSUT9	AVESA.00001b.r3.7Cg0003044	1803	4	600	64428.00	9.72	质膜Plasma membrane

表3 燕麦AsSUT基因家族的蛋白质二级结构预测

Table 3 Prediction of secondary structure of oat AsSUT gene family proteins （%）

基因 Gene	α-螺旋 Alpha helix （H_h）	β转角 Beta turn （T_t）	延伸链 Extended strand （E_e）	无规则卷曲 Random coil （C_c）
AsSUT1	52.80	1.55	12.57	33.08
AsSUT2	44.22	1.17	13.07	41.54
AsSUT3	49.42	1.54	12.88	36.15
AsSUT4	54.69	1.63	13.47	30.20
AsSUT5	44.91	1.40	11.23	42.46
AsSUT6	41.97	1.64	10.82	45.57
AsSUT7	44.12	1.47	10.29	44.12
AsSUT8	38.28	1.16	9.61	50.95
AsSUT9	46.50	1.67	11.17	40.67

图1 燕麦AsSUT蛋白质的三级结构预测

Fig.1 Prediction of protein tertiary structure of oat AsSUT

图2 燕麦AsSUT基因家族染色体分布chr为染色体，其后的数字为同源群编号，字母为祖先基因组来源chr is chromosome， the following number represents the homologous group， and the letter represents the ancestral genome of origin.

Fig.2 Chromosome distribution of oat AsSUT gene family

图3 燕麦AsSUT基因家族发育树、保守基序和基因结构分析

Fig.3 Phylogenetic tree， conserved motifs， and gene structure analysis of oat AsSUT gene family

图4 SUT基因家族邻接法系统进化树

Fig.4 Neighbor-joining （NJ） phylogenetic tree of SUT gene family

图5 多物种SUT基因家族种间共线性分析每个物种中数字代表染色体同源群编号，字母代表祖先基因组来源For each species， the number represents the homologous group， and the letter represents the ancestral genome from which it was derived.

Fig.5 Interspecies collinearity analysis of SUT gene families in multiple species

图6 燕麦AsSUT蛋白互作预测与分析SWEET：糖外排转运蛋白Sugars will eventually be exported transporters； STP：糖转运蛋白Sugar transporter protein； SUGTL4：类糖转运蛋白Sugar transport protein； UMAMIT21：氨基酸转运蛋白Usually multiple acids move in and out transporter； CAR3：C2结构域 ABA 相关蛋白 C2 domain ABA-related proteins； PCMP-H43：植物组合模块蛋白Plant combinatorial and modular protein； MSSP：单糖感应蛋白Maltose-signaling and sensor protein； ERD6：脱水诱导早期应答蛋白Early responsive to dehydration protein； ERDL6：脱水诱导早期应答同源蛋白Early responsive to dehydration-like； INVD：糖基水解酶Glycosyl hydrolase； DTX22：多药和有毒化合物外排转运蛋白Multidrug and toxic compound extrusion transporter protein； ARPC2B：肌动蛋白相关蛋白Actin-related protein； SFP2：蔗糖发酵刺激蛋白Sucrose fermentation stimulating protein； F12L6.16：脱水响应元件结合蛋白Dehydration-responsive element binding protein； T9J23.17：糖转运蛋白Sugar transporter protein.

Fig.6 Interaction prediction and analysis of oat AsSUT protein

图7 燕麦AsSUT基因启动子区域顺式作用元件分析

Fig.7 Analysis of promoter region cis acting elements of oat AsSUT gene family

图8 燕麦AsSUT基因家族在不同组织的表达情况L：叶片Leaf； R：根Root； 0、6、12、24：不同干旱胁迫时间（0、6、12和24 h） Different drought stress durations： 0， 6， 12， and 24 hours， respectively； *： P<0.05； **： P<0.01； ***： P<0.001.

Fig.8 Expression patterns of oat AsSUT gene family in various tissue

图9 燕麦叶片AsSUT在干旱、盐和碱胁迫下的相对表达情况小写字母表示同一胁迫处理下，CK及不同时间处理之间差异显著。Lowercase letters indicate significant differences among the CK and different time under the same stress treatment.

Fig.9 Relative expression of AsSUT in oat leavesunder drought， salt and alkali stresses

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燕麦蔗糖转运蛋白基因家族的鉴定及其对干旱和盐碱胁迫的响应

Identification of the sucrose transporter gene family in oats and its response to drought and saline-alkali conditions

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