近日，Journal of Biological Chemistry在线发表了“Raffinose synthase enhances drought tolerance through raffinose synthesis or galactinol hydrolysis in maize and Arabidopsis plants”研究论文。李涛博士（我校2017届毕业生）和rosesmore.com张玉民博士生为论文共同第一作者。rosesmore.com赵天永教授和中国农科院作物所王国英教授为论文共同通讯作者，澳大利亚Newcastle大学Yong-Ling Ruan教授和美国University of Kentucky大学Bruce Downie副教授参与了该项研究工作。
干旱是制约作物产量的重要限制因素。研究人员对植物响应干旱胁迫的基因做了大量的研究工作，但众多的研究者聚焦于转录因子（TF）基因的表达调控研究。由于TF调控众多靶基因的表达，虽然通过调控TF基因能够提高植物的抗旱性，但在正常生长条件下，过量表达TF基因导致植株生长矮小。到目前为止，植物TF基因仍未能应用于抗旱转基因作物的商业生产。棉子糖代谢在植物抗逆中发挥重要作用。玉米肌醇半乳糖苷合成酶（Galactinol Synthase; GOLS）和棉子糖合成酶（Raffinose Synthase; RAFS）是棉子糖合成的关键酶。研究人员对GOLS的功能和表达调控进行了系统的研究，获得了许多研究成果，发现通过调控GOLS基因可以提高植物抗逆能力而且对植株生长发育没有任何负作用。而对于负责植物棉子糖合成的第二个关键酶基因RAFS的功能研究长期以来却一直没有进展。
研究人员通过研究玉米ZmRAFS基因突变体，以及在拟南芥中过量表达该基因，发现过量表达ZmRAFS基因增加了种子中棉子糖含量但却降低了叶片中棉子糖含量。其原因是植物叶片中合成的蔗糖优先供给库器官。蔗糖是ZmRAFS合成酶的底物，蔗糖在叶片中供应不足导致该酶不能合成棉子糖，而对其另一底物肌醇半乳糖苷进行水解产生肌醇。在干旱胁迫条件下，过量表达ZmRAFS产生的肌醇提高了植物的抗旱性。该研究揭示了通过调控棉子糖合成酶提高植物抗旱能力的新途径。
赵天永实验室多年来对棉子糖代谢相关基因在植物抗旱、抗热、抗寒、抗盐以及种子活力中的功能及其表达调控进行了系统研究。该实验室发现了通过调控ZmGOLS2可以提高棉子糖含量，提高植物的抗旱、抗热、抗寒、抗盐能力并且对植株生长没有任何负作用（Gu， 2016， Plant Molecular Biology）；发现了棉子糖是决定玉米种子活力的关键因素 (Li, 2017, Molecular Plant)；发现了ZmVP1和ZmABI5互作调控玉米种子内棉子糖的合成（Zhang, 2019, Journal of Agricultural and Food Chemistry）；发现了玉米ZmHSFA2和ZmHSBP2互作，拮抗调控棉子糖的合成，调控植株的抗热性（Gu, 2019, The Plant Journal）；发现了ZmDREB1A通过调控棉子糖的合成调控玉米的抗寒能力（Han, 2020, Plant and Cell Physiology）。
原文链接：http://m.jbc.org/content/early/2020/05/04/jbc.RA120.013948.short
