安徽农大与浙江农林大学在水稻蔗糖长距离运输调控机制研究中取得重要进展
2018/3/21 

近日,Plant Physiology在线发表了安徽农业大学农学院许永汉博士团队与浙江农林大学林业与生物技术学院林新春教授团队合作的题为 “Rice sucrose partitioning mediated by a putative pectin methyltransferase and homogalacturonan methylesterification”的研究论文,植物内主要光合产物蔗糖的长距离运输机制方面取得重要进展。


蔗糖是高等植物光合作用的主要产物。同时,蔗糖也是光合同化产物从 “源”到“库”转运的主要形式,这个过程包括蔗糖在源叶器官中的装载(uploading)、长距离运输 (long-distance transport)和在库器官中的卸载(unloading)三个连续的阶段。目前,对于两头的阶段即装载和卸载的研究取得较好的进展,而对最复杂的中间阶段,即长距离运输的了解还很少,缺少比较系统的研究结果。果胶多糖是高等植物细胞壁胞间层的主要成分,甲酯化是果胶多糖(Homogalacturonan (HG))主要的化学修饰方式,果胶多糖的含量和化学修饰对相邻细胞之间的连接作用进而对植物器官和组织的生长发育过程具有重要的调控作用。但对于果胶多糖化学修饰是否直接调控以及如何调控相邻细胞之间的物质运输还不清楚。许永汉与林新春团队通过遗传学、生理生化和分子生物学实验,系统分析一个可能的水稻果胶甲酯化酶基因OsQUA2的功能。研究发现,Osqua2突变体中,茎秆韧皮部筛分子(sieve element)细胞壁果胶(HG)甲酯化程度显著降低,导致茎秆内蔗糖显著积累。13C同位素示踪实验确证这是由于蔗糖在Osqua2突变体茎秆中的长距离运输过程受到阻碍所致。这表明韧皮部细胞壁果胶高度甲酯化是确保水稻茎秆中正常的蔗糖长距离运输过程所必需的结构特点,揭示了细胞壁果胶甲酯化修饰作用一种重要的生理功能,这是以前未曾报道过的。该研究也表明质外体途径(apoplastic pathway)可能在茎秆组织蔗糖运输过程中也起重要的作用。研究结果提供了新的证据,表明植物光合作用主要产物蔗糖从“源”(叶)到“库”(种子)的长距离运输确实是通过茎秆韧皮部进行的。该研究同时发现Osqua2突变体内一些参与碳氮代谢关键基因的表达有显著变化,初步表明蔗糖在水稻植株内作为可能重要的信号分子对碳氮代谢有重要的调控作用。                       

 


其他合作单位包括法国国家农业科学院、中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国水稻研究所、南京农业大学资环学院和浙江大学生命科学学院。该项工作得到了国家自然科学基金和农业部华东地区作物栽培观测实验站等项目资助。许永汉博士、法国农业科学院Sechet Julien博士和中科院遗传所已毕业博士伍应保为共同第一作者,林新春教授和法国农业科学院MouilleGrégory博士为共同通讯作者。作者包括安徽农业大学农学院李金才教授及博士生张银萍