10月7日，華中農業(yè)大學(xué)作物遺傳改良全國重點(diǎn)實(shí)驗室、生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院蛋白質(zhì)科學(xué)研究團隊在The Plant Cell雜志在線(xiàn)發(fā)表題為“The LSF1–MDH complex functions as a scaffold to recruit b-amylase to promote starch degradation”的研究論文。該研究揭示了LSF1-MDH復合物通過(guò)形成功能性支架招募b-淀粉酶從而促進(jìn)淀粉降解的分子機制，為淀粉代謝調控提供了新見(jiàn)解。

 

　　淀粉是一類(lèi)重要的多聚糖分子，是人類(lèi)膳食重要的能量來(lái)源。淀粉以致密的半結晶顆粒廣泛分布于植物的各種組織器官，包括種子、塊莖、塊根以及葉片等。在植物葉片中，淀粉是葉綠體光合固碳的主要產(chǎn)物。淀粉通過(guò)一系列酶促反應可分解為葡萄糖和麥芽糖，為植物生長(cháng)發(fā)育以及逆境脅迫提供源源不斷的能量，而淀粉分解異常會(huì )引起植物生長(cháng)發(fā)育障礙。淀粉分解包括磷酸化，去磷酸化，以及水解等眾多過(guò)程，由一系列蛋白酶如葡聚糖磷酸化酶，b淀粉酶等參與其中，然而其調控機制仍不清楚。

 

　　在本研究中，研究團隊通過(guò)體外重組，發(fā)現葡聚糖磷酸化酶LSF1和蘋(píng)果酸脫氫酶MDH形成二元復合物，進(jìn)而招募b淀粉酶BAM1形成三元復合物。相較于BAM1單體，BAM1-LSF1-MDH復合物展現出顯著(zhù)提高的淀粉降解活性。LSF1是一個(gè)沒(méi)有活性的葡聚糖磷酸酶，但在淀粉降解中發(fā)揮關(guān)鍵作用。LSF1由多個(gè)結構域組成，包括N端的PDZ和BMI結構域，以及C端的DSP和CBM結構域，暗示LSF1在淀粉降解中可能發(fā)揮非磷酸酶功能。MDH具有蘋(píng)果酸脫氫酶活性，但其活性在淀粉降解中并不是必要的。

 

　　為了揭示LSF1和MDH調控淀粉降解的分子機制，研究團隊解析了BAM1-LSF1-MDH復合物結構。發(fā)現LSF1葡聚糖磷酸化酶LSF1通過(guò)其N(xiāo)端的PDZ和BMI結構域介導了和BAM1-LSF1-MDH三元復合物的形成。生化活性分析表明LSF1 C端的磷酸酶結構域DSP以及碳水化合物結合結構域CBM對于復合物促進(jìn)淀粉水解是必要的。為了揭示其中的分子奧秘，研究團隊進(jìn)一步利用交聯(lián)質(zhì)譜和分子對接，鑒定了DSP-CBM結構域在復合物中的位置，發(fā)現其錨定在b淀粉酶BAM1的催化口袋。通過(guò)一系列關(guān)鍵氨基酸的點(diǎn)突變活性驗證，揭示了LSF1的DSP-CBM結構域在淀粉水解中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

 

　　綜合生化活性鑒定以及結構分析，研究團隊提出了三元復合物發(fā)揮作用的分子模型：蘋(píng)果酸脫氫酶MDH發(fā)揮分子伴侶的功能結合并穩定葡聚糖磷酸化酶失活的LSF1形成LSF1-MDH二元復合物；LSF1-MDH作為功能性支架，招募b淀粉酶BAM1形成三元復合物；LSF1通過(guò)N端PDZ-BMI介導三元復合物互作，通過(guò)C端DSP-CBM結合淀粉葡聚糖鏈，錨定在淀粉顆粒上，并將淀粉葡聚糖鏈呈遞到b淀粉酶的催化口袋，從而促進(jìn)對淀粉的降解。綜上，本研究揭示了BAM1-LSF1-MDH三元復合物調控淀粉降解的新機制，為作物遺傳改良提供了新見(jiàn)解。

 

　　生科院劉建博士、王雪翠博士生，官澤源博士為論文共同第一作者，閆俊杰研究員為論文通訊作者。華中農業(yè)大學(xué)校級蛋白質(zhì)平臺和電鏡中心對該工作提供了幫助，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)冷凍電鏡中心與高永翔博士為電鏡數據收集提供了有力支撐。該研究得到了國家自然科學(xué)基金，湖北洪山實(shí)驗室基金，中央高校基礎科研項目，以及雜交水稻全國重點(diǎn)實(shí)驗室開(kāi)放課題等基金資助。

 

　　原文鏈接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad259/7296042