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赵天永教授研究团队在植物抗旱机理研究方面取得新进展

作者:    来源:$!{}     发布日期:2020-05-11     浏览次数:

     

近日,Journal of Biological Chemistry在线发表了“Raffinose synthase enhances drought tolerance through raffinose synthesis or galactinol hydrolysis in maize and Arabidopsis plants”研究论文,赵天永教授和中国农科院作物所王国英教授为论文共同通讯作者,我校李涛博士和张玉民博士生为论文共同第一作者。

干旱是制约作物产量的重要限制因素,研究人员对植物响应干旱胁迫的基因做了大量的研究工作,但众多的研究者聚焦于转录因子(TF)基因的表达调控研究。由于TF调控众多靶基因的表达,虽然通过调控TF基因能够提高植物的抗旱性,但在正常生长条件下,过量表达TF基因导致植株生长矮小。到目前为止,植物TF基因仍未能应用于抗旱转基因作物的商业生产。棉子糖代谢在植物抗逆中发挥重要作用,玉米肌醇半乳糖苷合成酶(Galactinol Synthase; GOLS)和棉子糖合成酶(Raffinose Synthase; RAFS)是棉子糖合成的关键酶。研究人员对GOLS的功能和表达调控进行了系统的研究,发现通过调控GOLS基因可以提高植物抗逆能力而且对植株生长发育没有任何负作用。而对于负责植物棉子糖合成的第二个关键酶基因RAFS的功能研究长期以来却一直没有进展。

该研究通过构建玉米ZmRAFS基因突变体,以及在拟南芥中过量表达该基因,发现过量表达ZmRAFS基因增加了种子中棉子糖含量但却降低了叶片中棉子糖含量。其原因是植物叶片中合成的蔗糖优先供给库器官。蔗糖是ZmRAFS合成酶的底物,蔗糖在叶片中供应不足导致该酶不能合成棉子糖,而对其另一底物肌醇半乳糖苷进行水解产生肌醇。在干旱胁迫条件下,过量表达ZmRAFS产生的肌醇提高了植物的抗旱性。该研究揭示了通过调控棉子糖合成酶提高植物抗旱能力的新途径。

赵天永教授研究团队聚焦棉子糖代谢相关基因在植物抗旱、抗热、抗寒、抗盐以及种子活力中的功能及其表达调控,近年来先后发现了通过调控ZmGOLS2可以提高棉子糖含量,提高植物的抗旱、抗热、抗寒、抗盐能力并且对植株生长没有任何负作用(Plant Molecular Biology,2016);棉子糖是决定玉米种子活力的关键因素 (Molecular Plant,2017); ZmVP1和ZmABI5互作调控玉米种子内棉子糖的合成(Journal of Agricultural and Food Chemistry,2019);玉米ZmHSFA2和ZmHSBP2互作,拮抗调控棉子糖的合成,调控植株的抗热性(The Plant Journal,2019)。

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原文链接:http://m.jbc.org/content/early/2020/05/04/jbc.RA120.013948.short

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