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[優(yōu)秀文章推薦]科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大麥中控制碳水化合物合成順序的SUSIBA雙元系統(tǒng)
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研究發(fā)現(xiàn)大麥中存在一個SUSIBA雙元系統(tǒng),此雙元系統(tǒng)能感應(yīng)大麥體內(nèi)光合作用產(chǎn)物蔗糖的濃度,根據(jù)蔗糖的濃度來決定果聚糖和淀粉的合成。該研究首次解釋了植物為什么首先合成果聚糖,再合成淀粉的科學(xué)秘密。為培育高產(chǎn),優(yōu)質(zhì)化谷類品種,提供了科學(xué)依據(jù)。 動物能通過移動覓食來補(bǔ)充貯存體內(nèi)賴以生存的能量,而植物是則是通過光合作用合成并貯存不同的碳水化合物來生存。植物怎樣貯存碳水化合物以及貯存碳水化合物的順序?qū)χ参锏纳嬷陵P(guān)重要。目前已知地球上存在三萬六千種以上植物合成的碳水化合物,其中淀粉和果聚糖是兩個重要組分,也是人類主糧谷類作物種子中的重要成分。淀粉是人類從主食中攝取能量的主要來源,而果聚糖則是近年來用于生產(chǎn)越來越多的健康食品的重要成分。摸清谷類作物合成淀粉和果聚糖的特征及順序,對了解谷類作物本身的生長、發(fā)育和繁殖有著深遠(yuǎn)的意義,更重要的是在育種領(lǐng)域可以人工控制淀粉和果聚糖的合成及比例,為提高谷類作物的產(chǎn)量和品質(zhì)打下科學(xué)基礎(chǔ)。 大麥第二條染色體上,存在一個基因被命名為SUSIBA (Sugar Signaling in Barley)。該基因利用兩個不同的啟動子來產(chǎn)生兩個長短不同的轉(zhuǎn)錄子,SUSIBA1和SUSIBA2 (見圖1)。SUSIBA1為短版本轉(zhuǎn)錄子,是個抑制子,它抑制著果聚糖基因以及SUSIBA2 (長版本轉(zhuǎn)錄子)的表達(dá)。而長版本轉(zhuǎn)錄子SUSIBA2,是個激活子,它的表達(dá)會激活淀粉基因的表達(dá),產(chǎn)生大量淀粉。當(dāng)光合作用低或無的時候(比如夜間),蔗糖濃度極低,SUSIBA1表達(dá)量很大,它抑制著果聚糖基因及SUSIBA2的表達(dá),使果聚糖和淀粉無法合成。當(dāng)光合作用增強(qiáng)時(比如早晨),植物體內(nèi)蔗糖濃度隨之增加,并至25 mM (約0.9%) 以上時,SUSIBA1的表達(dá)量開始減弱。隨著蔗糖濃度的逐漸最高,SUSIBA1的表達(dá)量逐漸減少,直到蔗糖濃度增至40 mM (約1.4%) 時,SUSIBA2開始表達(dá),蔗糖濃度50 mM (約1.7%) 時,果聚糖開始合成。隨著光合作用的逐漸增強(qiáng) (比如上午),蔗糖濃度增至85 mM (約2.9%) 時,由于SUSIBA1的減少,SUSIBA2的自我激活,導(dǎo)致足夠量的SUSIBA2來激活淀粉基因及淀粉合成。當(dāng)光合作用更高的時候 (比如中下午),蔗糖濃度更高,SUSIBA2的自我激活能力更大,導(dǎo)致淀粉的大量積累。該研究論文報道了怎樣利用SUSIBA雙元系統(tǒng)培育高果聚糖大麥品種,建議在谷類作物育種中,要培育高產(chǎn) (高淀粉) 及高果聚糖谷類品種,必須考慮降低SUSIBA1的表達(dá)。此外,該研究還報道了在谷類作物中研究基因功能和啟動子功能的瞬時方法,該方法是快速檢測基因及啟動子功能的極好工具。 |
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