【科研新进展】（32）果树逆境生物学团队揭示了山梨醇-果糖代谢在苹果糖含量与代谢调控中的作用

近日，中科院农林科学一区和TOP期刊Horticulture Research杂志在线以姊妹篇的方式同时发表了我校园艺学院果树逆境生物学团队关于苹果糖代谢与调控的2篇文章。

碳水化合物（CHO）对植物的生长发育具有重要作用，同时也是植物产量和品质形成的基础。在水果中，可溶性糖含量是果实品质的重要组成。大多数植物中，长距离运输的碳水化合物以蔗糖为主，而在苹果等蔷薇科植物中，叶片光合长距离运输的产物包括山梨醇和蔗糖，其中山梨醇占到近80%。经过长距离运输，山梨醇在苹果库细胞中在山梨醇脱氢酶（SDH）催化下生成果糖而进入碳代谢或在液泡中贮存，这使苹果在糖代谢和调控上具有了特殊性，如在库细胞中苹果要有近90%的碳流要经过果糖而代谢，而大多数植物最多为50%，这要求苹果需要强的果糖代谢和转运能力，以满足生长发育对碳的需求和对环境的变化适应。

在题为Sugar metabolism and accumulation in the fruit of transgenic apple trees with decreased sorbitol synthesis的研究中，研究人员以山梨醇合成受抑制的转基因苹果果实为材料，解析了山梨醇对苹果果实糖含量的调控机制，发现转基因苹果能通过 FRK 等酶活性和基因表达的改变调控糖的含量；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，研究人员解析了参与果糖代谢的MdFRK基因编码蛋白的特性及其对糖含量的调控，发现苹果 MdFRK2 不仅对果糖有着高的催化亲和力，也有高的催化活性，在苹果中过量表达能通过改变山梨醇和蔗糖代谢调控叶片糖含量。


图1 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


图2 苹果 MdFRK2 对果糖的催化活性及对糖代谢的影响

据悉，该两项研究受到了国家自然科学基金（31372038）和国家农业产业体系专项资金项目（CARS-28）的资助。

论文全文链接：https://www.nature.com/articles/s41438-018-0064-8

https://www.nature.com/articles/s41438-018-0099-x


张晴 终审：郭建东

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