种子是典型的“库”组织，其生长发育很大程度上依赖于从“源”组织（如叶片等）运输来的能源物质--蔗糖。目前，越来越多的研究发现，蔗糖不仅是重要的代谢底物，同时，也能发挥信号分子的功能，参与了植物生长发育、开花、调节昼夜节律和衰老等生物学过程。然而，对于典型的非绿色异养型种子植物蓖麻，蔗糖信号在其种子发育过程中的功能尚不清楚。本研究中，通过蔗糖与甘露醇（渗透压对照）在体外对蓖麻种子四小时的处理，并结合转录组分析，我们发现了468个差异表达的基因：其中，73个基因参与了碳、氮代谢的过程；42个基因属于转录因子，参与了种子发育与胁迫响应等过程；35个基因参与了生长素、油菜素内酯、乙烯、细胞分裂素等信号途径。以上结果表明，蔗糖既是一种代谢底物，也能作为信号分子，通过与其他已知的信号途径中的关键基因相互作用，调控蓖麻种子的发育。本研究首次报道了蔗糖信号在非绿色异养型蓖麻种子中的功能，为进一步解析糖信号在种子发育过程中的调控机制提供了理论依据。该结果以“Transcriptomic analyses reveal complex and interconnected sucrose signaling cascades in developing seeds of castor bean”为题发表于Journal of Plant Physiology 杂志 (https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0176-1617(17)30288-2)。博士研究生王彬为论文第一作者。

Figure: Simplified depiction of carbon and nitrogen metabolism pathway in castor seeds after sucrose and mannitol treatment.