2016年11月15日，实验室李刚课题组在《New Phytologist》杂志上在线发表题为“Arabidopsis thaliana FHY3 and FAR1 modulate starch synthesis in response to light and sugar”的研究文章。该研究发现植物光信号蛋白FHY3和FAR1通过直接调控淀粉合成过程中淀粉去分支酶ISA2的基因表达从而介导外界光信号和内源糖信号共同调控的淀粉合成过程。马琳同学为该论文第一作者。

    淀粉是植物细胞内碳水化合物最普遍的储存形式。籽粒中淀粉含量与叶片光合效率及糖分积累有直接关系。在白天时，光合作用产生的糖分除运输到生长旺盛部位提供能量之外，多余的糖分在叶片中以淀粉形式大量积累进行能量储存；在夜晚时，这些暂时性淀粉快速降解从而为植物生长发育提供能量。以往的研究证实淀粉的代谢受到外源环境(光照、黑暗)和内源生物节律的严格调控，是植物生长发育以及适应昼夜交替的重要环节，但其调控的分子机理并不清晰。

    为了解析外界环境光信号对植物淀粉代谢的分子调控机制，我们首先对植物光信号相关突变体内淀粉的含量进行了详细检测。研究发现光信号蛋白FHY3和FAR1功能缺失的突变体中，植株体内淀粉含量显著减少，可溶性多糖含量增加同时淀粉粒结构异常，揭示了光信号蛋白FHY3和FAR1在植物淀粉代谢中具有重要的调控作用。进一步研究发现植物淀粉合成中淀粉去分支酶ISA2的基因表达受到光信号蛋白FHY3和FAR1的直接调控。遗传学实验证实，在fhy3far1双突变体内组成型过量表达ISA2能够显著提高植株叶片淀粉含量，并能恢复淀粉粒结构异常的表型，从而揭示了光信号蛋白FHY3及其同源蛋白FAR1对淀粉合成代谢以及淀粉粒结构形成的分子调控机理。本研究揭示了植物光信号蛋白调控淀粉代谢的分子机理，为植物淀粉代谢的改良提供了理论依据和技术支撑。

     此项工作受到国家自然基金委和山东省自然科学杰出青年基金的资助。

    http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1111/nph.14300/abstract