近日，The Plant Journal在線發表題為“Raffinose Positively Regulates Maize Drought Tolerance by Reducing Leaf Transpiration”的研究論文。
棉子糖是一種功能性低聚糖，存在于所有植物中，在植物受到干旱脅迫時在葉片中迅速積累。植物棉子糖合成主要由兩個關鍵酶負責：1. 肌醇半乳糖苷合成酶（Galactinol synthase，GOLS；EC 2.4.1.123），利用UDP-半乳糖（UDP-galactose）與肌醇（myo-inositol）合成肌醇半乳糖苷（Galactinol）；2. 棉子糖合成酶（Raffinose synthase，RAFS；EC 2.4.1.82），負責將半乳糖苷從肌醇半乳糖上轉移至蔗糖，生成棉子糖。之前的研究表明，超表達GOLS基因，能夠提高肌醇半乳糖苷和棉子糖含量，顯著增強植株耐旱性[1, 2]。然而，擬南芥中超表達玉米RAFS（ZmRAFS）雖然通過提升肌醇含量增強了植株耐旱能力，但卻未增加葉片中棉子糖含量[3]。因此，能否通過超表達ZmRAFS表達水平提高棉子糖累積水平，從而進一步提升玉米植株耐旱性仍亟待證明。
研究人員發現，在玉米中超表達ZmRAFS基因增加了ZmRAFS蛋白和棉子糖含量，降低了玉米葉片的水分散失，增強了植物的耐旱性。在水分充足條件下，ZmRAFS超表達玉米株系的生物量與非轉基因對照株系無明顯差異，但在干旱脅迫條件，超表達株系的生物量顯著高于非轉基因株系。進一步的研究表明缺失棉子糖的玉米zmrafs突變體葉片的失水速率顯著高于對照株系，而向離體玉米zmrafs突變體葉片外施棉子糖溶液后，葉片失水速率較外施清水的zmrafs突變體葉片失水速率顯著降低。此外作者發現不同玉米株系之間葉片的失水速率顯著差異與葉片的氣孔密度和開度無關。研究人員進一步在體外證明了棉子糖相較其他糖類具有更強的物理持水能力。此項工作表明在玉米中超表達ZmRAFS基因增加了葉片中棉子糖含量，減少了葉片水分散失，增強了玉米植株的耐旱性，且對玉米生長發育無負面作用。
博士畢業生劉應和李濤（河南農業大學校聘副教授）為論文共同第一作者。趙天永教授（https://sm.nwafu.edu.cn/szdw/js2/173932.htm）為論文通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16116
日期：2023-02-13
棉子糖是一種功能性低聚糖，存在于所有植物中，在植物受到干旱脅迫時在葉片中迅速積累。植物棉子糖合成主要由兩個關鍵酶負責：1. 肌醇半乳糖苷合成酶（Galactinol synthase，GOLS；EC 2.4.1.123），利用UDP-半乳糖（UDP-galactose）與肌醇（myo-inositol）合成肌醇半乳糖苷（Galactinol）；2. 棉子糖合成酶（Raffinose synthase，RAFS；EC 2.4.1.82），負責將半乳糖苷從肌醇半乳糖上轉移至蔗糖，生成棉子糖。之前的研究表明，超表達GOLS基因，能夠提高肌醇半乳糖苷和棉子糖含量，顯著增強植株耐旱性[1, 2]。然而，擬南芥中超表達玉米RAFS（ZmRAFS）雖然通過提升肌醇含量增強了植株耐旱能力，但卻未增加葉片中棉子糖含量[3]。因此，能否通過超表達ZmRAFS表達水平提高棉子糖累積水平，從而進一步提升玉米植株耐旱性仍亟待證明。
研究人員發現，在玉米中超表達ZmRAFS基因增加了ZmRAFS蛋白和棉子糖含量，降低了玉米葉片的水分散失，增強了植物的耐旱性。在水分充足條件下，ZmRAFS超表達玉米株系的生物量與非轉基因對照株系無明顯差異，但在干旱脅迫條件，超表達株系的生物量顯著高于非轉基因株系。進一步的研究表明缺失棉子糖的玉米zmrafs突變體葉片的失水速率顯著高于對照株系，而向離體玉米zmrafs突變體葉片外施棉子糖溶液后，葉片失水速率較外施清水的zmrafs突變體葉片失水速率顯著降低。此外作者發現不同玉米株系之間葉片的失水速率顯著差異與葉片的氣孔密度和開度無關。研究人員進一步在體外證明了棉子糖相較其他糖類具有更強的物理持水能力。此項工作表明在玉米中超表達ZmRAFS基因增加了葉片中棉子糖含量，減少了葉片水分散失，增強了玉米植株的耐旱性，且對玉米生長發育無負面作用。
博士畢業生劉應和李濤（河南農業大學校聘副教授）為論文共同第一作者。趙天永教授（https://sm.nwafu.edu.cn/szdw/js2/173932.htm）為論文通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16116
日期：2023-02-13
