参与玉米胚乳淀粉合成代谢的酶/多酶复合物鉴定及动态分子作用网络研究

淀粉是人类的主要食物来源和重要的工业原料，世界淀粉生产的 80% 以上来自于玉米，认识玉米淀粉合成过程的机制，具有重要的学术和经济意义。玉米胚乳中淀粉合成是一个复杂的过程：在胚乳发育的不同时期，随着淀粉的种类分化和分子结构变化，参与催化反应的酶/多酶复合物组成也发生动态变化。解析淀粉合成的动态分子网络对于明确玉米淀粉合成机制具有重要意义。本研究以玉米胚乳发育的不同阶段作为时间轴，拟采用2-DAE、Co-IP以及S-tag pull-down等3种互补的相互作用组学研究方法，对直接参与淀粉合成的酶/多酶复合物进行分离、鉴定；解析在淀粉合成反应的不同阶段，参与反应的多酶复合物组成成份及蛋白间相互作用的动态变化；了解蛋白的磷酸化状态对复合物组成及蛋白间相互作用的影响；构建带有动态变化特征的淀粉合成分子作用网络。为将来改造玉米品种，控制淀粉合成代谢方向提供必要的理论指向。

淀粉作为多糖类生物大分子，是人类的主要食物来源和重要的工业原料，世界上80%以上的淀粉生产来源于玉米。了解玉米淀粉生物合成机制，具有重要的学术和经济意义。本研究采用2-DAE、Co-IP以及Y2H等3种相互作用组学研究技术，对玉米胚乳中参与淀粉合成的酶/多酶复合物进行分离、鉴定，并对可能存在的蛋白质相互作用进行交互验证；以玉米胚乳发育的不同阶段作为时间轴，解析在淀粉合成的不同阶段参与反应的多酶复合物组成动态变化情况。研究结果显示：在淀粉链延伸及分枝过程中，SSI、SSIIa和SBEIIb三种酶以复合物的形式协同发挥作用，共同影响淀粉链的分枝及延伸状态，最终决定籽粒中直链/支链淀粉的比例及淀粉结构。在该复合物中，SSIIa起到核心蛋白的作用，与SSI和SBEIIb都能发生相互作用，而SSI和SBEIIb之间检测不到直接的相互作用。在玉米胚乳发育的不同阶段，该三蛋白复合物还能与其他多个不同蛋白动态结合，分别形成多种更为复杂的复合物。该三蛋白核心复合物的活力可能受到其他不同结合蛋白的调控，以保证碳代谢流在胚乳发育不同阶段在淀粉合成、氨基酸合成、木质素合成等多个代谢通路间动态转换。如SSI、SSIIa和SBEIIb构成的三蛋白核心复合物在淀粉合成前、中期（16-25 DAP）主要与PPDK、AGPase大/小亚基、ATP synthase beta亚基以及SUS-SH1等多种蛋白形成复合物，这些蛋白的功能主要与淀粉合成直接相关，为淀粉合成提供必要的底物及能量或直接参与淀粉合成，表明在此阶段，该复杂复合物的功能以淀粉合成为主，碳代谢流流向淀粉合成代谢方向；在淀粉合成后期（35-37 DAP），与该三蛋白核心复合物结合的主要蛋白包括Farnesyl pyrophosphate synthase (FPS)、Caffeic acid 3-O-methyltransferase、UDP-glucosyltransferase BX8和glycolysis enzymes等，这些酶分属于氨基酸合成、木质素合成等代谢通路，表明在此阶段，碳代谢流倾向于从淀粉合成通路向氨基酸合成及木质素合成等其他代谢通路转换。综上，SSI、SSIIa和SBEIIb构成的三蛋白核心复合物在淀粉合成代谢中起重要作用，该核心复合物与其他蛋白间的动态相互作用及功能转换受碳代谢流在不同代谢通路间转换调控。