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我院蔬菜研究所在糖代谢研究上取得重大进展
院办公室 2018-04-08  

    近日,以我院蔬菜研究所万红建副研究员为第一作者、我院为第一完成单位的论文“Evolution of Sucrose Metabolism: The Dichotomy of Invertases and Beyond”在国际植物学顶尖杂志《Trends in Plant Science》(5年平均影响因子13.442)正式发表。论文内容为番茄等植物蔗糖代谢进化的最新研究成果,是我院蔬菜研究所番茄辣椒育种团队与澳大利亚纽卡斯尔大学(The University of Newcastle, Australia)多年合作取得的重大进展,也是双方共建的“中澳作物改良中心”的又一研究成果。
    绿色植物的一个重要特征是通过光合作用把CO2 转化成有机营养-蔗糖。蔗糖在植物体内的分配利用对其生长发育和产量形成至关重要。蔗糖转化酶(Invertase-INV)是植物蔗糖代谢中的一类重要酶类,主要控制蔗糖向葡萄糖和果糖转化。 
    目前,根据Invertase催化所需要的pH值和亚细胞定位不同,可将其分为定位于细胞质的中性/碱性蔗糖转化酶(Cytoplasmic neutral/alkaline invertase--CIN)和定位于细胞壁和液泡的酸性蔗糖转化酶(Cell wall-and Vacuole acid invertase, 即CWIN和VIN)。尽管这些酶编码基因的功能已经广泛报道,但是他们在植物中演化模式及其在调控植物生长发育与逆境胁迫过程中的分工还知之甚少。 
    万红建副研究员等研究发现,在序列结构方面,高等植物CIN比CWIN和VIN显示出更高的序列相似性;在进化选择压方面,CIN比CWIN和VIN呈现更强的选择压力(0.021 vs 0.031);在功能方面,发现CIN表现为广谱性表达模式,CWIN和VIN表现为组织特异性表达模式;在藻类到高等植物中,CWIN和VIN比CIN具有较高的序列多样性。此外,研究还发现,CWIN与维管束植物共演化。这些结果表明,CIN非常稳定,在植物生长发育、细胞功能等方面具有重要的作用,是维持细胞能量和活力的中枢,扮演着“看家基因”的功能;而CWIN和VIN多样化程度较高,对于光合产物的卸载起作用,起着维持植物渗透胁迫和逆境应答的作用。因此,研究人员认为蔗糖转化酶基因在低等植物到高等植物进化中,经历着不同的演化模式。
    该研究通过生物信息学、进化生物学和功能基因组学等手段,分析了从藻类到高等植物演化模式及其功能暗示,为利用基因工程技术改良作物产量和逆境胁迫提供理论基础。这一蔗糖代谢进化方面的最新研究进展,为未来改良作物产量和逆境胁迫提供新的方向。
    论文通讯作者为澳大利亚纽卡斯尔大学Yong-Ling Ruan(阮勇凌)教授、中澳作物改良研究中心(China-Australia Research Centre for Crop Improvement,RCCI)澳方主任,每年访问浙江省农业科学院1-2次,与有关人员进行不定期研究讨论;2017年7月被我院聘为客座研究员。中澳作物改良研究中心成立近十年来,双方进行了广泛的合作研究与交流,取得了一系列实质性的研究成果。(蔬菜所)

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