佛山大學(xué)聯(lián)合多家單位揭示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白調(diào)節(jié)光呼吸氨基酸代謝的分子生理機(jī)制

發(fā)表時(shí)間：2024-12-03

光呼吸是一個(gè)復(fù)雜的代謝過程,，其關(guān)鍵酶促步驟分布在五個(gè)亞細(xì)胞器,，氨基酸代謝是各個(gè)細(xì)胞器之間的重要紐帶。擬南芥和水稻ER-ANT1功能缺失突變體表現(xiàn)出典型的光呼吸表型,，在自然條件下生長(zhǎng)遲緩甚至致死,，但在高CO₂條件下得以生存。然而,，ER-ANT1在光呼吸和氨基酸代謝中的作用尚不清楚,。

近日，佛山大學(xué)聯(lián)合廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院,、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)在The Crop Journal在線發(fā)表了題為“Endoplasmic reticulum adenylate transporter activity affects amino acid metabolism under photorespiratory conditions”的研究論文,，本研究對(duì)水稻er-ant1突變體在自然條件（光呼吸條件）,、高CO₂條件下（非光呼吸條件）以及從高CO₂水平向自然條件過渡過程中的游離氨基酸進(jìn)行了全面的代謝分析。本研究闡明了ER-ANT1調(diào)節(jié)光呼吸氨基酸代謝的分子生理機(jī)制,，為依賴于光呼吸的能量代謝途徑提供了新見解,。

水稻er-ant1突變體生長(zhǎng)遲緩,，氨基酸代謝異常,，但在高二氧化碳條件下（1.5% CO₂）突變體大多數(shù)氨基酸含量與野生型并無(wú)顯著差異（圖1）。為了更好地了解er-ant1突變體光呼吸表型相關(guān)的代謝變化,，作者檢測(cè)了在高二氧化碳條件下生長(zhǎng),，然后轉(zhuǎn)移到自然條件下（~0.4% CO₂），其葉片的游離氨基酸含量,。野生型和er-ant1在0 h時(shí)的游離氨基酸總含量相似,。然而，轉(zhuǎn)移到自然條件后,，野生型和er-ant1葉片的氨基酸含量發(fā)生了不同的變化,。其中，谷氨酸（Glu）,、谷氨酰胺（Gln）和丙氨酸（Ala）含量減少,；絲氨酸水平初期降低，而一周后絲氨酸積累（圖2）,。丙氨酸:乙醛酸氨基轉(zhuǎn)移酶AGAT是甘氨酸合成途徑的關(guān)鍵酶,，可催化丙氨酸到甘氨酸的轉(zhuǎn)化。AGAT1是一個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位蛋白,，在er-ant1突變體中表現(xiàn)出更高的活性,，這可能是丙氨酸水平降低，甘氨酸（Gly）大量積累的原因（圖2）,。

圖1 野生型和突變體er-ant1植株表型及其葉片氨基酸含量

圖2 不同光呼吸條件下野生型與er-ant1突變體游離氨基酸含量的比較

圖3 野生型和er-ant1型植物在CO₂轉(zhuǎn)化過程中NAD⁺和NADH含量的變化

圖4 光呼吸過程中能量代謝,、NADH/NAD⁺比值、PLP合成和氨基酸代謝之間的相互作用