近日，揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院繆旻珉教授團(tuán)隊(duì)在學(xué)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(guò)促進(jìn)同化物運(yùn)輸提高逆境適應(yīng)性的新機(jī)制，獲得了植物逆適應(yīng)方面的新知識(shí)，同時(shí)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(shè)施蔬菜，生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)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(lèi)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(hù)或抗氧化等作用。同時(shí)，RFOs又是黃瓜等葫蘆科植物同化物的主要運(yùn)輸形式。因此，RFOs在這類(lèi)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(guān)鍵酶，可在各種逆境誘導(dǎo)下增加表達(dá)量，同時(shí)也是黃瓜葉片同化物裝載的關(guān)鍵酶。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)黃瓜基因組中一共有４個(gè)GolS基因（GolS1、GolS2、GolS3、GolS4），并通過(guò)GUS報(bào)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(dá)。該基因既能在低溫等逆境脅迫下增加表達(dá)量，又可以促進(jìn)逆境下同化物在葉片小維管束韌皮部的裝載。通過(guò)GolS1基因的低溫響應(yīng)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(qiáng)葉片的光合作用，提升了黃瓜植株在逆境下的整體生長(zhǎng)表現(xiàn)。

 

　　該研究進(jìn)一步在GolS1基因的啟動(dòng)子中加入低溫誘導(dǎo)表達(dá)元件，啟動(dòng)子是具有轉(zhuǎn)錄起始特性的一段DNA序列，從而實(shí)現(xiàn)在低溫誘導(dǎo)的條件下該基因能在黃瓜韌皮部特異表達(dá)，促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)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(dǎo)入低溫誘導(dǎo)表達(dá)原件的植株在低溫脅迫下同化物的裝載和輸出效率進(jìn)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(shí)生長(zhǎng)。

 

　　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(yáng)州大學(xué)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2018YFD1000800）和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31872107、31672160、32072579）的資助。

 

　　文章鏈接：http://doi.org/10.1093/hr/uhab063