種皮光合作用促進(jìn)蓖麻種子油脂累積
種子發(fā)育過(guò)程中因綠色組織發(fā)育及光合作用能力的差異，可以分為綠色光合自養(yǎng)型和非綠色異養(yǎng)型種子。種子光合作用直接影響種子內(nèi)部氧氣含量、能量代謝和碳利用效率，對(duì)種子發(fā)育、形態(tài)建成和儲(chǔ)存物質(zhì)累積等一系列生理過(guò)程具有重要作用。
長(zhǎng)期以來(lái)，蓖麻被視為典型的非綠色異養(yǎng)型種子，但科研人員對(duì)蓖麻種子發(fā)育過(guò)程的研究發(fā)現(xiàn)：蓖麻發(fā)育早期種皮為淡綠色，具有一定的光合作用能力。那么，蓖麻作為典型的非綠色種子，其種子發(fā)育早期種皮光合作用的生理意義是什么，與綠色光合自養(yǎng)型種子光合作用是否存在差異？為此，版納植物園熱帶植物資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士研究生張洋在劉愛(ài)忠研究員的指導(dǎo)下，探討了非綠色異養(yǎng)型種子光合作用的特點(diǎn)，以及促進(jìn)種子油脂累積的生理機(jī)制。研究結(jié)果表明：在蓖麻種子自然生長(zhǎng)或離體培養(yǎng)條件下，遮光處理可以顯著降低種皮光合作用能力，并導(dǎo)致種子油脂含量下降。通過(guò)種子儲(chǔ)存物質(zhì)生化分析得出，遮光處理使可溶性糖代謝通量向油脂轉(zhuǎn)化出現(xiàn)顯著下降，進(jìn)一步結(jié)合RNA-Seq數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：種皮光合作用可以使磷酸烯醇式羧化酶（28179.m000470）和蘋(píng)果酸酶（29794.m003406和30030146.m510）上調(diào)表達(dá)，利用蘋(píng)果酸穿梭途徑將細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的CO2固定并轉(zhuǎn)化為質(zhì)體內(nèi)丙酮酸，提高種子碳利用效率，為下游脂肪酸合成途徑提供更多的代謝底物。所以，在蓖麻種子發(fā)育早期改善果實(shí)的光照環(huán)境可以有效促進(jìn)種子油脂累積，提高種子油脂含量。
該研究結(jié)果以High light exposure on seed coat increases lipid accumulation in seeds of castor bean (Ricinus communis L.), a nongreen oilseed crop為題，發(fā)表于國(guó)際期刊Photosynthesis Research (2016,128:125-140)。 本研究得到了中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作局高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目（TWAS-CAS），國(guó)家自然科學(xué)基金（31401421和31501034）等項(xiàng)目的資助，在此表示感謝。
蓖麻的花序：上部球狀的是發(fā)育中的果實(shí)，下部黃色的為開(kāi)放和未開(kāi)放的雄花
蓖麻果實(shí)發(fā)育早期橫切圖
遮光處理后蓖麻種子碳代謝和油脂合成變化
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