果树所与沈阳农业大学在棉子糖家族寡糖积累增强苹果耐寒性的研究方面取得新进展

近日，中国农业科学院果树研究所和沈阳农业大学在《植物生理生化（Plant Physiology and Biochemistry）》（IF 6.1, Q1）联合发表了题为“Galactinol synthase gene 5 (MdGolS5) enhances the cold resistance of apples by promoting raffinose family oligosaccharide accumulation”的研究论文，初步证实了肌醇半乳糖苷合酶编码基因MdGolS5通过调控棉子糖家族寡糖的积累积极响应低温胁迫。

作者前期通过转录组和代谢组技术对冬季不同休眠阶段的抗寒品种‘寒富’和不抗寒品种‘长富2号’进行联合分析，研究发现棉子糖家族寡糖代谢途径中的肌醇半乳糖苷合酶（GolS）编码基因MdGolS5（MdoChr04g0483）在-15℃处理下上调表达，且低温下能够积累大量的肌醇半乳糖苷。然而，尽管这一发现暗示了肌醇半乳糖苷在苹果低温响应中的潜在作用，但关于外源喷施肌醇半乳糖苷对苹果抗寒性直接影响的研究却少有报道。

因此，本研究首先聚焦于外源肌醇半乳糖苷处理对苹果一年生枝条的影响，发现外源喷施100 mg·mL^-1肌醇半乳糖苷能够有效缓解低温胁迫对苹果幼苗的伤害。进一步的作者发现过表达MdGolS5的转基因苹果愈伤组织和烟草表现出较强的耐寒性，其中，在-2℃的低温处理下，过表达MdGolS5的转基因烟草的SOD等抗氧化酶和肌醇半乳糖苷酶活性升高，MDA、O₂⁻和H₂O₂含量均显著低于野生型，且并积累大量的脯氨酸、肌醇半乳糖苷和棉子糖。此外，冷响应基因MdCBFs和MdCOR47在转基因烟草中的表达水平也显著上调，进一步证实了MdGolS5在调控植物低温适应过程中的重要作用。综上所述，本研究不仅首次揭示了外源肌醇半乳糖苷对苹果幼苗低温保护的直接效应，还通过过表达MdGolS5深入探讨了棉子糖家族寡糖合成代谢在植物低温适应中的新机制，为苹果抗寒性状遗传改良提供了理论基础。

肌醇半乳糖苷增强苹果耐寒性的工作模型

中国农业科学院果树研究所徐功勋博士为论文的第一作者，中国农业科学院果树研究所赵德英研究员和沈阳农业大学秦嗣军教授为本文的共同通讯作者。该研究获得中央级公益性科研院所基本科研业务费（1610182024006）、家现代苹果产业技术体系（CARS-27）、辽宁省科学研究项目（LJKMZ20221026）、中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP）等项目的资助。