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赵天永教授科研团队揭示棉子糖可调节玉米与拟南芥的种子活力

        近日,国际学术期刊Molecular Plant(IF=8.8)在线发表了题为“Regulation of seed vigor by manipulation of raffinose family oligosaccharides (RFOs) in maize and Arabidopsis”的论文。论文第一作者为李涛博士,通讯作者为我室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及其团队成员。

        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)。

图1. 不同物种中RFOs控制种子活力建成示意图

        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