10月7日，華中農(nóng)業(yè)大學作物遺傳改良全國重點實驗室、生命科學技術學院蛋白質(zhì)科學研究團隊在The Plant Cell雜志在線發(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復合物通過形成功能性支架招募b-淀粉酶從而促進淀粉降解的分子機制，為淀粉代謝調(diào)控提供了新見解。

 

　　淀粉是一類重要的多聚糖分子，是人類膳食重要的能量來源。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。淀粉通過一系列酶促反應可分解為葡萄糖和麥芽糖，為植物生長發(fā)育以及逆境脅迫提供源源不斷的能量，而淀粉分解異常會引起植物生長發(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(diào)控機制仍不清楚。

 

　　在本研究中，研究團隊通過體外重組，發(fā)現(xiàn)葡聚糖磷酸化酶LSF1和蘋果酸脫氫酶MDH形成二元復合物，進而招募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(xiàn)出顯著提高的淀粉降解活性。LSF1是一個沒有活性的葡聚糖磷酸酶，但在淀粉降解中發(fā)揮關鍵作用。LSF1由多個結構域組成，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(diào)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(xiàn)LSF1葡聚糖磷酸化酶LSF1通過其N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對于復合物促進淀粉水解是必要的。為了揭示其中的分子奧秘，研究團隊進一步利用交聯(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(xiàn)其錨定在b淀粉酶BAM1的催化口袋。通過一系列關鍵氨基酸的點突變活性驗證，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：蘋果酸脫氫酶MDH發(fā)揮分子伴侶的功能結合并穩(wěn)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N端PDZ-BMI介導三元復合物互作，通過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，從而促進對淀粉的降解。綜上，本研究揭示了BAM1-LSF1-MDH三元復合物調(diào)控淀粉降解的新機制，為作物遺傳改良提供了新見解。

 

　　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(nóng)業(yè)大學校級蛋白質(zhì)平臺和電鏡中心對該工作提供了幫助，中國科學技術大學冷凍電鏡中心與高永翔博士為電鏡數(shù)據(jù)收集提供了有力支撐。該研究得到了國家自然科學基金，湖北洪山實驗室基金，中央高校基礎科研項目，以及雜交水稻全國重點實驗室開放課題等基金資助。

 

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