揚州大學園藝與植物保護學院繆旻珉教授團隊發(fā)現(xiàn)黃瓜肌醇半乳糖苷合成酶可通過促進同化物運輸提高耐冷性

近日，揚州大學園藝與植物保護學院繆旻珉教授團隊在學術(shù)期刊Horticulture Research（一區(qū)，IF=6.793）發(fā)表了一篇題為Galactinol synthase 1 improves cucumber performance under cold stress by enhancing assimilate translocation的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了一種通過促進同化物運輸提高逆境適應性的新機制，獲得了植物逆適應方面的新知識，同時也為黃瓜等葫蘆科植物抗逆境育種和栽培提供了新思路。
 
　　黃瓜是一種重要的設施蔬菜，生產(chǎn)中經(jīng)常會遭遇低溫等逆境脅迫。棉子糖家族寡糖（RFOs）是植物體內(nèi)廣泛存在的一類小分子化合物。低溫脅迫下，RFOs可在植物體內(nèi)積累，起到滲透調(diào)節(jié)、失水保護或抗氧化等作用。同時，RFOs又是黃瓜等葫蘆科植物同化物的主要運輸形式。因此，RFOs在這類植物的體內(nèi)具有雙重功能。而肌醇半乳糖苷合成酶（GolS）是催化RFOs合成的關鍵酶，可在各種逆境誘導下增加表達量，同時也是黃瓜葉片同化物裝載的關鍵酶。
 
　　該研究發(fā)現(xiàn)黃瓜基因組中一共有４個GolS基因（GolS1、GolS2、GolS3、GolS4），并通過GUS報告基因法研究四種GolS基因的組織特異性，其中GolS1基因能夠在黃瓜韌皮部特異性表達。該基因既能在低溫等逆境脅迫下增加表達量，又可以促進逆境下同化物在葉片小維管束韌皮部的裝載。通過GolS1基因的低溫響應和韌皮部裝載的雙重作用，從而提高了同化物在葉片的輸出效率，增強葉片的光合作用，提升了黃瓜植株在逆境下的整體生長表現(xiàn)。
 
　　該研究進一步在GolS1基因的啟動子中加入低溫誘導表達元件，啟動子是具有轉(zhuǎn)錄起始特性的一段DNA序列，從而實現(xiàn)在低溫誘導的條件下該基因能在黃瓜韌皮部特異表達，促進果實生長和植株發(fā)育。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)與野生型植株相比，轉(zhuǎn)基因植株即導入低溫誘導表達原件的植株在低溫脅迫下同化物的裝載和輸出效率進一步提高，在苗期和成株期均能顯著提高葉片的光合作用以及葉和果實生長。
 
　　我院繆旻珉教授為論文的通訊作者，博士研究生戴海博為該論文的第一作者，碩士研究生朱子慧、揚州大學張治平副教授、孔維文副教授也參與了該研究。研究獲得了國家重點研發(fā)項目（2018YFD1000800）和國家自然科學基金面上項目（31872107、31672160、32072579）的資助。
 
　　文章鏈接：http://doi.org/10.1093/hr/uhab063



日期：2022-04-11