植物中棉子糖系列寡糖代谢及其调控关键酶研究进展

棉子糖系列寡糖代谢与植物生长发育、逆境胁迫、种子耐贮性及脱水耐性等关系密切.棉子糖系列寡糖的合成从棉子糖的合成开始,由半乳糖苷肌醇上的半乳糖基的转移依次生成棉子糖、水苏糖、毛蕊花糖等.寡糖代谢是一个复杂的调控体系,其中肌醇-1-磷酸合成酶、肌醇半乳糖苷合成酶、蔗糖合成酶、棉子糖合成酶、水苏糖合成酶和毛蕊花糖合成酶等参与了棉子糖系列寡糖的生物合成过程.本文对植物中棉子糖系列寡糖的代谢及其重要调控酶的特性、功能及分子生物学研究进展进行综述.

种子中的棉子糖半乳糖苷系列寡糖研究进展

棉子糖半乳糖苷系列寡糖广泛分布在许多种植物种子中 ,并存在于干燥后仍能保持活力的组织内 ,如禾谷类种子的胚及糊粉层 ,豆类及其他双子叶植物的子叶和胚轴组织等。棉子糖半乳糖苷系列寡糖在禾谷类种子的非自溶性中央胚乳中不合成 ,但存在于蓖麻种子的自溶性胚乳细胞中。棉子糖半乳糖苷系列寡糖在种子发育后期累积 ,并持续到种子大量成熟直到脱水阶段。棉子糖半乳糖苷系列寡糖主要包括棉子糖、水苏糖和毛蕊花糖 ,是种子中最广泛的低分子量α_半乳糖苷。许多植物正常性种子的发育伴随着棉子糖半乳糖苷系列寡糖的累积 ,这些糖的累积已被认为在种子脱水耐性获得、种子活力、糖的运输及植物的抗冷驯化等过程中起重要作用。本文从种子的脱水耐性获得、植物的冷驯化、细胞内定位及生物合成等方面综述了棉子糖半乳糖苷系列寡糖的研究进展。

植物棉子糖家族寡糖(RFOs)在种子活力及非生物胁迫中的生物学功能研究进展

植物生长发育遭受的非生物胁迫及其种子储藏过程中活力的丧失,是农业生产上难以解决的两大问题。棉子糖家族系列寡糖(RFOs)是植物中广泛存在的可溶性低聚糖,其代谢产物一方面可通过多种途径参与植物抵抗非生物胁迫,另一方面可参与调控种子活力,但目前RFOs在不同胁迫中的调控途径和分子机制尚不明确。因此,解析RFOs的生物学功能,对于利用该通路改善作物经济性状、提高作物产量具有重要的现实意义和应用价值。本文主要阐述了RFOs的合成与分解代谢通路,总结近年来RFOs在种子活力、非生物胁迫特别是干旱胁迫及冷胁迫中的研究进展,讨论RFOs代谢作用机制方面研究存在的不足,并展望RFOs代谢未来重点研究方向。

植物棉子糖合成酶的功能及调控机理研究进展

从棉子糖及其系列寡糖的合成、棉子糖合成酶(Raffinose synthase,RS)的生化和序列特征、棉子糖合成酶在种子发育与萌发中的作用、棉子糖合成酶在逆境防御中的作用、棉子糖合成酶的转录调控等5个方面对当前植物棉子糖合成酶的研究成果进行了综述,并展望了该领域今后的研究重点。

玉米种子萌发初期碱性α-半乳糖苷酶活性与种子脱水耐性的关系

选取抗旱性不同的4个玉米自交系为试验材料,探究种子吸胀萌发过程中碱性α-半乳糖苷酶(AGA)活性与种子脱水耐性的潜在关系。结果表明,在不同吸胀时间抗旱品种吉853、E28与H21的AGA活性均高于干旱敏感品种B73。4个自交系的AGA活性在整个吸胀过程全都呈现高低起伏趋势,且在吸胀24h时均达到峰值。在吸胀不同时间后进行脱水处理(24h),再复水后,3个抗旱品种的种子活力、胚根与胚芽长都显著高于B73,且随脱水前吸胀时间的增加,种子活力、胚根与胚芽长均呈现逐渐降低的趋势。超氧阴离子含量在吸胀24h(并脱水处理)后达到峰值,同时种子活力降低至最低水平。相关分析表明,在种子萌发初期,抗旱玉米自交系吉853和E28的AGA活性与脱水耐性(种子活力、胚芽与胚根长)呈显著负相关(P<0.01)。

复苏植物旋蒴苣苔棉子糖合酶基因的克隆和表达

复苏植物是研究植物耐脱水机制的特殊模式植物和宝贵的耐旱基因资源植物。以复苏植物旋蒴苣苔(Boea hy-grometrica)为材料研究其在脱水和复水过程中棉子糖系列寡糖含量的变化,并克隆了旋蒴苣苔棉子糖合酶基因BhRFS。荧光定量PCR检测表明,BhRFS受干旱、低温(4°C)、高盐(200mmol·L–1NaCl)和ABA(100μmol·L–1)诱导表达上调,而高温(37°C)抑制其表达,H2O2(200μmol·L–1)处理对其没有影响。研究结果表明,BhRFS可能参与了多种非生物逆境胁迫抗性反应,并受到ABA依赖的信号通路调控。

油菜(Brassica napus L.)种子脱水耐性获得过程中肌醇半乳糖苷合成酶活性与可溶性糖含量的变化

在这个研究中测量不同发育时期的油菜种子中可溶性糖含量与肌醇半乳糖苷合成酶(galactinol synthase,GOLS)活性,将二者的变化趋势与种子脱水耐性获得的过程相比较并对结果进行相关性分析。结果显示油菜种子脱水耐性获得过程中,葡萄糖和果糖含量均随着发育期的延长而下降,蔗糖则保持较高水平;肌醇含量下降而肌醇半乳糖苷含量上升;棉子糖系列寡糖(raffinose familyolig osaccharides,RFO)含量随着种子发育而上升,特别是水苏糖,在成熟种子中可以达到相当高的浓度。油菜种子发育中期,细胞内GOLS活性开始上升,至贮藏物积累完成时达到最大。GOLS活性变化与种子肌醇半乳糖苷积累速度、RFO含量及种子的脱水耐性呈一定的正相关关系。我们认为GOLS促使RFO积累,从而对种子脱水耐性的获得产生重要影响。

地黄不同器官运输型糖含量的变化

棉子糖系列寡糖是许多植物的运输和贮藏糖,地黄为玄参科地黄属植物,为常用中药材之一,药用部位为块根。地黄块根中含有水苏糖、棉子糖等寡糖,但对生长发育过程中其他器官中的非结构性糖含量的变化研究甚少。该研究以地黄叶、茎、根为材料,分析地黄不同器官中蔗糖、棉子糖及水苏糖等运输型糖含量的日变化及生长发育过程中变化。结果表明自苗期开始地黄叶片中蔗糖含量逐渐上升,而生长前期水苏糖含量变化不大,至生长后期水苏糖迅速升高,整个生长期棉子糖含量逐渐下降;地黄幼叶蔗糖合成能力强于成熟叶,而成熟叶棉子糖及水苏糖的合成能力高于幼叶;茎中蔗糖、水苏糖含量逐渐提高,而棉子糖含量变化不大;自快速生长期开始根中棉子糖、水苏糖含量大幅度提高,而蔗糖含量变化不大。地黄叶片中蔗糖含量昼夜变化不大,而棉子糖、水苏糖含量日变化非常明显,且白天棉子糖、水苏糖含量明显高于夜晚。地黄茎、根中棉子糖含量日变化不大,而根、茎、叶中水苏糖日变化非常明显,特别是在茎、叶中。综上所述叶片是棉子糖的主要合成器官,叶、茎和根都是水苏糖的合成器官。蔗糖、棉子糖及水苏糖是地黄体内碳水化合物的主要运输形式。