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萬建民院士團隊揭示稻米蛋白品質形成分子機制

  近日,中國農業科學院作物科學研究所萬建民院士團隊克隆了水稻蛋白品質形成新基因 GPA5 ,并從細胞、遺傳和生化層面闡明了 GPA5 在水稻貯藏蛋白后高爾基體轉運中的關鍵作用,對稻米蛋白品質改良具有重要指導意義。相關研究成果于1月13日在線發表在《植物細胞(The Plant Cell)》上。

  稻米中含有大量貯藏蛋白,它是稻米中僅次于淀粉的第二大類營養物質。谷蛋白是稻米中含量最高的貯藏蛋白,占稻米總蛋白含量的60%以上,因此,谷蛋白是稻米蛋白品質改良的首選目標。在胚乳細胞中,谷蛋白首先在內質網中以57 kDa前體形式合成,然后經由高爾基體以致密囊泡介導的方式轉運到蛋白貯藏液泡后,在液泡加工酶作用下,最終被切割成成熟的谷蛋白亞基并貯藏。目前對該囊泡介導的轉運過程的分子調控機制還知之甚少。

  該團隊發現了一個新的谷蛋白后高爾基體分選缺陷突變體 gpa5 ,通過圖位克隆的方法證實 GPA5 編碼一個具有磷脂結合能力的植物特有調控因子。在胚乳細胞中,GPA5特異分布在致密囊泡外圍。亞細胞定位分析證實GPA5的膜定位依賴于前期鑒定的調控因子GPA1/Rab5a和GPA2/VPS9a。生化分析進一步證實GPA5可特異與GPA1/Rab5a的激活形式互作,表明GPA5可能是GPA1/Rab5a的效應因子。后續的功能研究發現,GPA5可與栓系復合體CORVET和含有VAMP727的膜融合復合體SNARE互作來最終介導致密囊泡與蛋白貯藏液泡的融合,以完成谷蛋白的轉運。

  該團隊以解析谷蛋白合成、轉運和沉積的分子網絡途徑為目標,長期致力于稻米蛋白品質改良的分子遺傳基礎研究。此研究是該團隊在《植物細胞(The Plant Cell)》和《分子植物(Molecular Plant)》等雜志相繼報道GPA1/Rab5a, GPA2/VPS9a, GPA3和GPA4/Got1B調控谷蛋白分選后,在稻米蛋白品質形成的分子機理研究中取得的又一重要進展。

  作科所任玉龍副研究員為論文第一作者,萬建民院士為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、中國農科院科技創新工程、青年英才計劃-培育工程等項目的資助。

  原文鏈接:http://www.plantcell.org/content/early/2020/01/16/tpc.19.00863



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