禾本科植物α-淀粉酶基因家族研究方面取得進(jìn)展

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來(lái)源：成都生物所

2019-04-09

淀粉廣泛存在于植物體內的各組織器官中，為其整個(gè)生長(cháng)發(fā)育進(jìn)程提供必要的碳物質(zhì)來(lái)源和能量供應，同時(shí)還作為局部信號分子應答生物與非生物因子逆境脅迫。

淀粉廣泛存在于植物體內的各組織器官中，為其整個(gè)生長(cháng)發(fā)育進(jìn)程提供必要的碳物質(zhì)來(lái)源和能量供應，同時(shí)還作為局部信號分子應答生物與非生物因子逆境脅迫。植物淀粉的降解需要多種淀粉水解酶的協(xié)作參與。

α-淀粉酶是其中最重要的水解酶之一，在綠色植物基因組中包含由多個(gè)亞基因家族（AMYs)編碼的多種亞型，使植物在不同組織器官中能對不同淀粉類(lèi)碳水化合物進(jìn)行降解。

為更好理解禾本科植物AMY基因的潛在分化，中國科學(xué)院成都生物研究所余懋群課題組博士研究生琚亮亮對從低等藻類(lèi)到高等開(kāi)花植物的78個(gè)物種基因組AMY基因進(jìn)行了系統分析，將其劃分為6個(gè)亞家族，建議將其命名為AMY1-AMY6。其中，高等電點(diǎn)AMY1與低等電點(diǎn)AMY2是禾本科植物特有的兩個(gè)亞家族，共同起源于單一拷貝的AMY3結構位點(diǎn)，該位點(diǎn)可能來(lái)自植物界最古老的亞家族AMY4的復制。系統分枝AMY1+AMY2+AMY3和AMY4+AMY5+AMY6存在顯著(zhù)的表面靜電勢能差異，但催化活性位點(diǎn)和SBS1底物表面結合位點(diǎn)在不同亞家族間構象穩定。此外，參與活性位點(diǎn)、SBS1和SBS2底物結合氫鍵形成的氨基酸殘基顯示出一定多態(tài)性。

研究人員進(jìn)一步對等電點(diǎn)α-淀粉酶（AMY1）家族進(jìn)行了深入研究。AMY1是籽粒發(fā)芽期間豐度的淀粉水解酶，穗發(fā)芽和小麥遲熟α-淀粉酶均與AMY1的差異積累有關(guān)。通過(guò)利用已公布的禾本科基因組數據，系統評估了小麥、大麥等13種禾本科植物AMY1基因拷貝數，鑒定到小麥族分枝特有的一次基因復制事件，發(fā)現染色體片段倒位與重排將該結構位點(diǎn)分割為物理上相對獨立的兩個(gè)基因座位（AMY1λ和AMY1θ）。其中，AMY1λ中氨基酸殘基Asn233受到強烈的選擇，可能會(huì )影響重要功能性結構域SBS1與底物分子的識別與結合。在籽粒發(fā)芽和發(fā)育期間，AMY1λ和AMY1θ基因表達分化顯著(zhù)，存在劑量效應。重要的是，鑒定到小麥中與遲熟籽粒高殘留α-淀粉酶活性緊密關(guān)聯(lián)的3個(gè)AMY1拷貝，為下一步發(fā)掘優(yōu)良等位變異，解析影響籽粒α-淀粉酶活性的遺傳因子和調控機制奠定理論基礎。

該研究由國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃（973計劃，2014CB138104)、國家轉基因重大專(zhuān)項(2016ZX08009-003-004-005)和四川省科技支撐計劃（(2016NZ0103）資助。

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