近日，以我校为第一署名单位，药用植物生物技术重点实验室孟来生老师团队在植物学著名期刊PlantPhysiology（植物生理学）上在线发表了题为“Arabidopsis CytosolicInvertase Mediated Root Growth Is Feedback-Regulated by A Glucose-DependentSignaling Loop”的研究论文。该论文第一作者为孟来生老师，我校硕士研究生魏志琴为论文的共同第一作者，孟来生为论文的通讯作者。
图1. EIN3蛋白直接结合到PAP1基因的启动子上在转录水平上调控PAP1的表达
植物的主要光合产物蔗糖作为植物的主要营养物质之一，在植物生长、发育、代谢的各个阶段都起着非常重要的作用。然而蔗糖不能直接被植物利用，而是在酶作用下分解为葡萄糖和果糖，这个代谢产生的葡萄糖代谢流是植物糖代谢的主要途径之一。分解蔗糖的酶已经发现很多，如SUS (sucrose synthase)系列酶能可逆性的促进蔗糖分解，但研究发现，这些酶是植物分解蔗糖的非必须酶。而液泡转位酶（VINV)虽为蔗糖分解的必须酶，但分解机制是以渗透压方式，因此也不是主要的蔗糖分解途径。细胞溶质转位酶(CINV)是公认的分解蔗糖的最关键的酶，这个酶系列由九个基因编码，其中最关键的CINV1和CINV2是目前发现的最重要的两个酶。这两个酶是调控植物蔗糖代谢的关键酶，也控制着蔗糖进入细胞代谢的入口，对植物生长尤其根生长至关重要，但精确调控CINV1/2酶活性的分子机制未知。
本研究发现了调控CINV1/2酶活性的一条葡萄糖信号反馈环，通过此反馈环CINV1/2酶活性受到精确调控，从而源源不断的为细胞供应所需要的葡萄糖。具体为，植物的光合产物蔗糖被CINV1/2分解为葡萄糖，葡萄糖为其受体HXK1接受，HXK1有信号功能也有代谢功能，它以信号功能传递葡萄糖信号，这些葡萄糖信号转而抑制葡萄糖信号元件EIN3蛋白，EIN3蛋白作为转录因子直接调控下游靶标基因PAP1的启动子，PAP1蛋白作为一个转录因子转而调控CINV1/2，这样这些糖信号元件形成一个葡萄糖-HXK1-EIN3-PAP1-CINV1/2-葡萄糖的葡萄糖信号反馈环，精确的调控CINV1/2的活性，从而为细胞代谢提供所需要的营养。一旦植物受到胁迫等，这个调控环受到影响，CINV1/2通过这个反馈环反馈抑制植物的光合作用，从而达到精确调控糖代谢。
本研究揭示了主要光合产物蔗糖代谢的调控机制，为最终揭示营养信号在植物体内精确调控代谢网络起到很好的促进作用，同时为潜在的农业应用提供了理论基础。
该论文受到国家自然科学基金面上项目和徐州市农业科技(农业高技术攻关项目)项目的资助。
孟来生，博士，我校2016年引进优博。研究方向为植物分子生物学，主持徐州市农业科技(农业高技术攻关项目)项目1项，近五年以第一作者/通讯作者在Plant Physiol、PBJ 、PCE、Genetics、JAFC 等刊物发表多篇学术论文 。
文章链接：http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/08/20/pp.20.00778
来源：校党委宣传部
