中国农业大学研究团队发现内质网信号肽酶Mn6在玉米籽粒发育过程中起关键作用

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玉米籽粒发育过程中基因表达与生理过程密切相关，研究玉米籽粒发育的分子机制有助于指导分子育种。内质网I型信号肽酶是一种重要的、保守的酶，其在蛋白质的成熟过程中通过切割前蛋白质的信号肽区域而促使其成为成熟的分泌型蛋白，从而发挥关键作用。这种酶的缺失将导致生物膜中未裂解蛋白的积累和细胞死忙。然而，内质网I型信号肽酶在植物中的功能和底物尚未见报道。

近日，Plant Physiology在线发表了来自中国农业大学研究团队题为Miniature Seed6, Encoding an Endoplasmic Reticulum Signal Peptidase, is Critical in Seed Development的研究论文，报道了内质网信号肽酶Mn6在玉米籽粒发育过程中的重要作用。

该研究通过EMS诱变获得了一个玉米的小粒突变体miniature seed6 (mn6)。mn6突变体表现胚乳发育不良, 胚乳大小严重缩小。通过图位克隆、等位测验、功能互补验证和蛋白水平的检测确认该突变体由Mn6 基因突变造成。通过进化树分析，活性位点分析和亚细胞定位结果表明Mn6 编码的蛋白为内质网I型信号肽酶 (ZmSigp1) ，其中Mn6中的Gly102 (box E) 位点对其酶活至关重要。质谱和免疫沉淀分析显示，Mn6主要参与加工碳水化合物合成相关蛋白，其中包括在胚乳转移层（BETL）特异表达的细胞壁转化酶miniature seed1 (Mn1) 。在mn6突变体中，Mn1的RNA和蛋白表达水平均显著下调。由于胚乳转移层的细胞壁转化酶活性显著降低，导致mn6突变体胚乳发育出现明显缺陷。这些结果表明，Mn1在Mn6作用下的加工成熟可能是籽粒灌浆和玉米发育的关键步骤。

中国农业大学植物生理生化国家重点实验室、国家玉米改良中心博士后易飞（现中国农业大学农学院副教授）为第一作者，植物生理生化国家重点实验室、国家玉米改良中心宋伟彬副教授为本文的通讯作者。本研究得到了赖锦盛教授和郭岩教授的大力支持，同时也得到了国家重点研发计划，国家自然科学基因和全国博士后科学基金的资助。

参考文献

[1] Kang, B., Xiong, Y., Williams, D.S., Pozueta-Romero, D., and Chourey, P.S. (2009). Miniature1 Encoded Cell Wall Invertase Is Essential for Assembly and Function of Wall-in-Growth in the Maize Endosperm Transfer Cell. Plant Physiology 151, 1366-1376.

[2] Paetzel, M., Karla, A., Strynadka, N.C., and Dalbey, R.E. (2002). Signal peptidases. Chemical Reviews 102, 4549-4580.

[3] Rawlings, N.D., Morton, F.R., and Barrett, A.J. (2006). MEROPS: the peptidase database. Nucleic Acids Research 34, D270-D272.

[4] Böhni, P.C., Deshaies, R.J., and Schekman, R.W. (1988). SEC11 is required for signal peptide processing and yeast cell growth. The Journal of Cell Biology 106, 1035-1042.

[5] Yi, F., Gu, W., Chen, J., Song, N., Gao, X., Zhang, X., Zhou, Y., Ma, X., Song, W., and Zhao, H., et al. (2019). High Temporal-Resolution Transcriptome Landscape of Early Maize Seed Development. The Plant Cell 31, 974-992.

[6] Shipman-Roston, R.L., Ruppel, N.J., Damoc, C., Phinney, B.S., and Inoue, K. (2010). The significance of protein maturation by plastidic type I signal peptidase 1 for thylakoid development in Arabidopsis chloroplasts. Plant Physiology 152, 1297-1308.

论文链接：

https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiaa060/6041597