10月7日，華中農業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科學研究團隊在The Plant Cell雜志在線發表題為“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，然而其調控機制仍不清楚。 　　在本研究中，研究團隊通過體外重組，發現葡聚糖磷酸化酶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。發現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質譜和分子對接，鑒定了DSP-CBM結構域在復合物中的位置，發現其錨定在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揮作用的分子模型：蘋果酸脫氫酶MDH發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。華中農業大學校級蛋白質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據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：/file/upload/2023-10-09/rpx1agenfar