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我室果树逆境生物学研究团队取得系列进展

  近日,中科院一区TOP期刊Horticulture Research 2018年第5期同时在线发表了我室果树逆境生物学团队关于苹果糖代谢与调控的2篇文章。

  在题为“Sugar metabolism and accumulation in the fruit of transgenic apple trees with decreased sorbitol synthesis”的研究中,以山梨醇合成受抑制的转基因苹果果实为材料,发现在苹果中降低山梨醇合成关键酶 MdA6PR 的表达后,转基因苹果叶片中的山梨醇含量降低了近80%,蔗糖含量升高。在整个果实发育期,山梨醇输入的降低和蔗糖输入的增加显著提高了转基因苹果果实中葡萄糖含量,而果糖、蔗糖、淀粉含量无明显变化。相应的转基因苹果中山梨醇代谢下调,而蔗糖的分解能力上调,以补偿源自山梨醇的果糖减少量。在转基因苹果中,这种糖代谢和运输系统的变化导致了果糖和蔗糖含量的稳态,并且引起了葡萄糖的积累。本研究证明,在含有山梨醇合成的蔷薇科等植物果实中糖代谢具有明显的可选择性和灵活性,且蔗糖循环和糖转运在果实糖含量调控中起重要作用。果树逆境生物学研究团队李明军副教授为第一作者。

山梨醇合成受抑的转基因苹果果实中糖含量及代谢的变化

  在题为“Increasing activity of MdFRK2, a high affinity fructokinase, leads to upregulation of sorbitol metabolism and downregulation of sucrose metabolism in apple leaves”的研究中,通过对苹果 FRK 家族成员分子进化、组织器官特异性表达模式、亚细胞定位、酶学特性分析表明,MdFRK2 对果糖具有强的的亲和力和催化活性,是苹果中果糖磷酸化的主导基因,决定 FRK 的活性。过表达 MdFRK2 基因后,转基因苹果叶片中果糖、葡萄糖和蔗糖含量均有降低。进一步研究发现,MdFRK2 转基因苹果叶片中山梨醇合成及降解能力加快,以补偿果糖代谢流的加快,但蔗糖合成及降解的酶活性降低,导致蔗糖和葡萄糖含量降低。这一研究表明,苹果中MdFRK调控着果糖含量,且 MdFRK2强的果糖催化能力与苹果库器官中高的果糖碳流代谢相关,同时提出果糖含量的稳态和信号处于非常重要的地位,可调控糖的代谢和含量。果树逆境生物学研究团队李明军副教授为通讯作者。

苹果 MdFRK2 对果糖的催化活性及对糖代谢的影响

  研究受到了国家自然科学基金和国家农业产业体系专项资金项目的资助。