植物碳代谢的研究是生态学的重要内容,为农业发展带来了新的机遇。甘蔗是世界上最重要的糖料作物之一,是全球大约80%的蔗糖及40%乙醇的发酵原料。甘蔗的成熟茎杆的汁液中包含9%-18%蔗糖,而糖转运蛋白是甘蔗糖分的转运和代谢途径中最为核心的功能蛋白,探讨甘蔗糖转运蛋白基因超家族的基因组学与基因功能是研究甘蔗蔗糖的积累与高生物量形成的重要基础。本研究主要是利用比较基因组学结合甘蔗割手密的细菌人工染色体文库对甘蔗糖转运蛋白基因超家族的演化和功能展开研究,为甘蔗的分子遗传育种奠定基础。主要的结果如下：(1)运用比较基因组学的手段,利用甘蔗的近缘物种高粱从甘蔗高丰度的割手密种BAC文库中鉴定到了55个糖转运蛋白基因超家族成员。根据序列结构特征可以分为9个基因家族,其中PLT、HXT家族分为15、13个成员,MST和SUT家族各6个成员,INT和TMT家族各3个成员,VGT和pGLcT各1个成员,SFP家族有7个成员。(2)用代表性的单双子叶植物的糖转运蛋白基因超家族的蛋白质序列构建系统进化树,PLT、SFP.HXT是成员较多的三个家族,从基因家族演化来看,SFP、PLT、MST、INT家族均在演化的过程中出现过基因家族扩张现象。HXT家族的SsHXT13与香蕉的HXT基因在演化关系上更近,说明该基因的演化速率与物种之间的演化速率不同。从基因结构来看,PLT家族在演化的过程中可能有基因序列丢失的现象和外显子融合现象。MST家族中,部分基因(SsMsT2、SsMST6、 SsMST5)可能出现了基因结构扩张的现象,另一部分基因可能出现基因结构删除的现象。蔗糖SUTs家族成员单倍型、基因结构、演化关系的比较揭示了SsSUT5和SsSUT6是新复制且正进行快速演化的基因,而SsSUT2和SsSUT4是蔗糖转运蛋白基因家族中最为古老的基因。甘蔗SUTs家族中,SsSUT基因内含子序列的插入才造成了基因大小的扩张。虽然甘蔗为高倍体植物,甘蔗中SsSUT基因家族成员单倍型之间依然具有保守的基因结构和氨基酸序列。对韧皮部多醇的装载可能起到了重要的作用。GA、ABA、IAA的胁迫表达谱说明PLT3转运多醇可能在抗逆性高的甘蔗中参与了响应逆境胁迫。SFP家族的SFP3的表达可能与甘蔗的衰老相关,而SFP8可能与甘蔗苗期抗逆性有关。HXT13、HXT12、HXT2、HXT8都是HXT家族高丰度表达的基因,它们在四个材料苗期的源组织(叶片)、成熟期的热带种和现代栽培种的库组织(茎)和源组织(叶)中都高表达,说明它们在甘蔗的己糖装载和卸载过程起到非常重要的作用。TMTl在TMT家族中演化最快,而且在该家族中的表达丰度最高,它可能对甘蔗液泡己糖转运起着重要的作用,而TMT2在高抗逆割手密中对IAA的胁迫表达下调,说明TMT2在响应IAA胁迫的途径中可能起到了负调控的作用。MST家族的MST4在四个材料的各个时期均不表达,可能是因为该家族存在功能冗余的现象。MST6是该家族的高表达基因,可能在甘蔗苗期和成熟期的库组织中对单糖的卸载具有重要的作用,其在不同糖含量的材料中对GA、ABA等激素的表达方式不同,说明MST6响应胁迫的方式可能与糖浓度有关。INT3在INT家族中表达最高,它在甘蔗四个材料的成熟期中高表达,说它可能在甘蔗的源组织(叶片)和库组织(茎)的韧皮部中对肌醇的装载和卸载起到了重要的作用。SUT3在四个材料的3个时期中均没有检测到其转录本的存在,说明其在SUT家族是活跃度最低的成员,但是由于SUT3具有完整的基因结构,所以SUT3不可能是一个假基因。SUTl和SUT4是SUT家族的主要的成员,然而它们可能在甘蔗的糖分积累过程中均高丰度表达,说明它们之间可能发生了亚功能化。