中国农大国家玉米改良中心宋任涛教授团队在玉米籽粒蛋白积累机制研究上取得重要进展

玉米是重要粮食作物，为人和动物提供丰富的淀粉和蛋白质。蛋白体是玉米籽粒胚乳中重要的蛋白质储藏的细胞器，其中贮藏了大量的醇溶蛋白和种类众多的非醇溶蛋白。对于蛋白体中醇溶蛋白的积累机制已经有了较为深入的研究，但对于蛋白体中非醇溶蛋白的积累机制并不清楚。

2021年10月12日，中国农业大学农学院宋任涛教授团队在New Phytologist杂志上发表了题为“22-kD α-zein-mediated non-zein protein accumulation in protein body of maize endosperm”的研究论文。通过对玉米籽粒突变体mn*的研究，发现了一个新的线粒体核糖体蛋白MN*。MN*同时定位在线粒体和蛋白体中。通过对MN*在蛋白体的积累机制研究，首次发现了一种基于与22-kD α-zein互作的蛋白体中的非醇溶蛋白的积累方式。

通过对玉米小籽粒，胚致死类型突变体mn*的研究，克隆了一个编码50S线粒体核糖体蛋白L10（mRPL10）的基因Mn*。通过亚细胞定位分析，发现MN*不仅定位在线粒体中，同时作为非醇溶蛋白储藏在蛋白体中。因此将MN*蛋白命名为NZP1（Nonzein Protein 1）。Mn*的突变影响线粒体形态和正常功能的发挥，进而影响籽粒正常发育。

通过进一步对MN*在蛋白体中积累机制的研究发现，MN*能够与玉米籽粒胚乳中主要的醇溶蛋白22-kD α-zein互作，通过不同的醇溶蛋白相关的突变体进行分析发现MN*的含量与22-kD α-zein相关。利用瞬时表达系统，模拟了NZP1通过与22-kD α-zein互作积累在体外诱导形成的蛋白体中。进一步地，通过比较蛋白组学对野生型和o2蛋白体中的中的非醇溶蛋白进行了分析，发现了其它能够与22-kD α-zein互作的非醇溶蛋白。通过瞬时表达系统对这些新的非醇溶蛋白的积累方式进行分析，发现了一个新的带有质体定位信号的非醇溶蛋白NZP2在具有与NZP1相似的积累途径。此项研究揭示了一种非醇溶蛋白在蛋白体中的积累机制，同时也提供了一种外源蛋白在玉米胚乳蛋白体中有效积累的方式。