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甘蔗是我国及全世界范围内最重要的糖料和能源植物。其成熟的茎秆中高达18％的蔗糖含量和高生物量，提供了全世界80％的总用糖量和40％的乙醇用量。作为C4类型光合作物，甘蔗利用典型的NADP-ME光合代谢途径高效地将光能转为化学能。在甘蔗中，碳水化合物（糖分）通过光合作用和固碳作用积累下来，这些糖类化合物在光合作用的“源”组织（蔗叶）中合成，运输并分配到非光合作用的“库”组织和器官（蔗茎等），为植物的生长发育提供必要的营养物质。SWEET（Sugars Will Eventually be Exported Transporter）是一种最新被定义的已糖和蔗糖转运蛋白家族，该家族成员在植物体内参与了多种生长发育过程，包括韧皮部糖分加载、花蜜分泌和花药开裂、加速病原感染植物等。针对甘蔗中SWEET基因家族的研究，将有利于理解糖分从“源”组织到“库”组织的运输系统及光合产物的分配过程，同时为培育甘蔗高生物量品种和抗性品种提供理论基础。为此，本研究对甘蔗SWEET基因家族关键成员的功能和调控进行分析研究，得到了以下结果：
（1）针对甘蔗SWEET基因家族中表达量较高的三个成员：SWEET13c,SWEET16a,SWEET16b，研究其糖转运相关功能。通过同源克隆获得全长编码序列，连接到过表达载体并转入BY.VW4000己糖转运缺陷型酵母中，结果表明：SsSWEET13c能够恢复缺陷型酵母转运糖的能力，但效果不明显；SsSWEET16a恢复了缺陷型酵母转运葡萄糖和果糖的能力；而SsSWEET16b在缺陷型酵母中则无明显恢复能力。将SsSWEET13c的编码序列克隆到植物过表达载体，并通过农杆菌转化到拟南芥，筛选至T3代获得目的基因纯合转基因植株。通过三引物法鉴定出T-DNA插入拟南芥SWEET13的纯合突变株。比较野生型（WT）、SWEET13纯合突变株（sweet13）、过表达SsSWWET13c拟南芥叶片中糖含量发现：相对野生型拟南芥，过表达SsSWEET13c导致拟南芥的叶片中蔗糖、葡萄糖、总可溶性糖含量明显减少，而突变株拟南芥糖含量变化不明显。此外，相对野生型拟南芥的根，过表达SsSWEET13c导致拟南芥的根显著增长、叶鲜重明显增大，而突变株无明显变化。
（2）在甘蔗割手密叶段发育转录组数据中，SWEET13c表达量呈现从叶基部至叶尖部逐渐升高的趋势；在昼夜节律的转录组数据中，SWEET13c表现为6：00至18：00表达量逐渐降低，18：00至次日4：00表达量逐渐升高。基于该基因表达背景，确定对SsSWEET13c展开进一步的调控表达研究，并对调控该基因的转录因子进行鉴定。通过构建SsSWEET13c的上游2000bp启动子区域的诱饵载体，进行酵母单杂交实验，测序鉴定到77个与SsSWEET13c互作的相关基因。对上述测序序列注释后，共鉴定到27个候选转录因子，来自MYB、bHLH、NF-YA、SRS、ERF、BBR-BPC1、FAR1、GATA、MADS1、Trihelix、Nin-like1、C3H、C2H2转录因子家族。
（3）基于酵母单杂交实验的结果，分析转录因子与SsSWEET13c在甘蔗叶段发育、昼夜节律和不同发育时期的表达模式，鉴定到6个对SsSWEET13c表达正调控的转录因子和10个对SsSWEET13c表达负调控的转录因子。针对上述具有正/负调控模式的转录因子进行一对一的酵母单杂交验证实验，最终成功验证了9个转录因子：BBR/BPC1、FAR11、FAR12、NF-YA1、MYB8、C2H22、SRS1、bHLH3、bHLH1。此外，通过构建SsSWEET13c的加权基因共表达网络，鉴定到31个与该基因共表达的转录调控因子，其中18个转录因子与酵母单杂交鉴定的转录因子来自相同转录因子家族，初步鉴定了SsSWEET13c的分子调控网络。
（1）针对甘蔗SWEET基因家族中表达量较高的三个成员：SWEET13c,SWEET16a,SWEET16b，研究其糖转运相关功能。通过同源克隆获得全长编码序列，连接到过表达载体并转入BY.VW4000己糖转运缺陷型酵母中，结果表明：SsSWEET13c能够恢复缺陷型酵母转运糖的能力，但效果不明显；SsSWEET16a恢复了缺陷型酵母转运葡萄糖和果糖的能力；而SsSWEET16b在缺陷型酵母中则无明显恢复能力。将SsSWEET13c的编码序列克隆到植物过表达载体，并通过农杆菌转化到拟南芥，筛选至T3代获得目的基因纯合转基因植株。通过三引物法鉴定出T-DNA插入拟南芥SWEET13的纯合突变株。比较野生型（WT）、SWEET13纯合突变株（sweet13）、过表达SsSWWET13c拟南芥叶片中糖含量发现：相对野生型拟南芥，过表达SsSWEET13c导致拟南芥的叶片中蔗糖、葡萄糖、总可溶性糖含量明显减少，而突变株拟南芥糖含量变化不明显。此外，相对野生型拟南芥的根，过表达SsSWEET13c导致拟南芥的根显著增长、叶鲜重明显增大，而突变株无明显变化。
（2）在甘蔗割手密叶段发育转录组数据中，SWEET13c表达量呈现从叶基部至叶尖部逐渐升高的趋势；在昼夜节律的转录组数据中，SWEET13c表现为6：00至18：00表达量逐渐降低，18：00至次日4：00表达量逐渐升高。基于该基因表达背景，确定对SsSWEET13c展开进一步的调控表达研究，并对调控该基因的转录因子进行鉴定。通过构建SsSWEET13c的上游2000bp启动子区域的诱饵载体，进行酵母单杂交实验，测序鉴定到77个与SsSWEET13c互作的相关基因。对上述测序序列注释后，共鉴定到27个候选转录因子，来自MYB、bHLH、NF-YA、SRS、ERF、BBR-BPC1、FAR1、GATA、MADS1、Trihelix、Nin-like1、C3H、C2H2转录因子家族。
（3）基于酵母单杂交实验的结果，分析转录因子与SsSWEET13c在甘蔗叶段发育、昼夜节律和不同发育时期的表达模式，鉴定到6个对SsSWEET13c表达正调控的转录因子和10个对SsSWEET13c表达负调控的转录因子。针对上述具有正/负调控模式的转录因子进行一对一的酵母单杂交验证实验，最终成功验证了9个转录因子：BBR/BPC1、FAR11、FAR12、NF-YA1、MYB8、C2H22、SRS1、bHLH3、bHLH1。此外，通过构建SsSWEET13c的加权基因共表达网络，鉴定到31个与该基因共表达的转录调控因子，其中18个转录因子与酵母单杂交鉴定的转录因子来自相同转录因子家族，初步鉴定了SsSWEET13c的分子调控网络。