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西北农林与中国农科院揭示棉子糖可调节玉米与拟南芥的种子活力

作者:黄海瀛    来源:     发布日期:2017-11-08     浏览次数:

     

  国际学术期刊Molecular Plant(Cell子刊,影响因子8.8)在线发表了题为“Regulation of seed vigor by manipulation of raffinose family oligosaccharides (RFOs) in maize and Arabidopsis. DOI:  http://dx.doi.org/10.1016/j.molp.2017.10.014;”的论文。论文第一作者李涛为西北农林科技大学在读博士,通讯作者为西北农林科技大学赵天永教授和中国农科院作物研究所王国英教授。参与论文研究的还有美国肯塔基大学Bruce Downie及其实验室成员。

  棉子糖是由半乳糖、果糖和葡萄糖结合而成的一种三糖,其在玉米种子内的含量仅次于蔗糖。由于受到研究材料和研究方法的限制,棉子糖能否调控种子活力长期不能确定。肌醇半乳糖苷合成酶(Galactinol Synthase,GOLS)和棉子糖合成酶(Raffinose Synthase,RS)是棉子糖合成的关键酶。该研究克隆了玉米中唯一一个棉子糖合成酶基因(ZmRS)。该基因玉米突变体(zmrs)植株和种子中棉子糖(Raffinose)完全缺失,种子活力及耐老化能力下降。拟南芥种子除Raffinose外,还有高聚RFOs(HDP RFOs)累积。相关遗传转化研究表明在拟南芥中超表达ZmGOLS2或共超表达ZmGOLS2/ZmRS基因能改变种子中碳分配,显著提高拟南芥种子活力。RFOs总量、RFOs各组份的分配及其与蔗糖(Sucrose)的质量比例共同参与了拟南芥种子活力的形成,且HDP-RFOs对种子活力建成的贡献大于Raffinose。植物RFOs合成通路在进化过程中可能分为两类:1.以Raffinose为合成终点的物种;2.能够合成累积HDP-RFOs的物种。对于前者,Raffinose绝对含量控制种子活力高低。而对于后者,多个RFOs成员与Sucrose之间的碳分配比例控制种子活力高低(图1)。

  该研究首次证明了RFOs是控制种子活力的关键因素,并提出RFOs不同成员(Raffinose与HDP-RFOs)可能在种子活力建成中发挥不同功能的新观点。该研究结果对指导以改良种子活力为目标的作物育种具有重要意义。

   

   

  文章链接: http://www.cell.com/molecular-plant/abstract/S1674-2052(17)30333-7

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