近日，The Plant Journal在線發(fā)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(shí)在葉片中迅速積累。植物棉子糖合成主要由兩個(gè)關(guān)鍵酶負(fù)責(zé)：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(fù)責(zé)將半乳糖苷從肌醇半乳糖上轉(zhuǎn)移至蔗糖，生成棉子糖。之前的研究表明，超表達(dá)GOLS基因，能夠提高肌醇半乳糖苷和棉子糖含量，顯著增強(qiáng)植株耐旱性[1, 2]。然而，擬南芥中超表達(dá)玉米RAFS（ZmRAFS）雖然通過(guò)提升肌醇含量增強(qiáng)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(guò)超表達(dá)ZmRAFS表達(dá)水平提高棉子糖累積水平，從而進(jìn)一步提升玉米植株耐旱性仍亟待證明。

 

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，在玉米中超表達(dá)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(qiáng)了植物的耐旱性。在水分充足條件下，ZmRAFS超表達(dá)玉米株系的生物量與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ罩晗禑o(wú)明顯差異，但在干旱脅迫條件，超表達(dá)株系的生物量顯著高于非轉(zhuǎn)基因株系。進(jìn)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(duì)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(fā)現(xiàn)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(kāi)度無(wú)關(guān)。研究人員進(jìn)一步在體外證明了棉子糖相較其他糖類(lèi)具有更強(qiáng)的物理持水能力。此項(xiàng)工作表明在玉米中超表達(dá)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(qiáng)了玉米植株的耐旱性，且對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育無(wú)負(fù)面作用。

 

　　博士畢業(yè)生劉應(yīng)和李濤（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)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(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16116