揚州大學劉巧泉課題組在水稻賴氨酸代謝研究中取得新進展

2018年1月23日，PlantPhysiology在線發表了揚州大學植物功能基因組學教育部重點實驗室劉巧泉教授和香港中文大學農業生物技術國家重點實驗室SunSamuel Sai Ming教授為通訊作者的題為「A connection between lysine and serotoninmetabolism in rice endosperm」的研究論文。

禾穀類作物種子的胚乳在發育過程中產生大量的代謝物，包括必需氨基酸賴氨酸等。其種子中賴氨酸含量的增加已通過代謝工程得以實現，但代謝工程與賴氨酸含量增加的潛在聯繫尚不清楚。在通過代謝工程獲得的高遊離賴氨酸（HFL）水稻成熟種子中，胚乳呈現出深褐色。在該項研究中，作者通過代謝組學和轉錄組學聯合分析，並結合功能驗證，闡明了使得胚乳呈深褐色的關鍵代謝物。此外，作者發現HFL水稻中5-羥色胺的生物合成顯著升高，且與胚乳深褐色密切相關。過表達TDC3（一種5-羥色胺生物合成的關鍵酶）證實5-羥色胺與胚乳顏色存在相關性。進一步研究發現，在HFL水稻胚乳發育晚期，茉莉酸信號途徑和TDC表達均被強烈誘導，與5-羥色胺積累和深褐色著色一致。對此，作者提出一種賴氨酸與5-羥色胺代謝相關的模型，其中賴氨酸分解產生的2-氨基己二酸可能在水稻胚乳的茉莉酸信號途徑、5-羥色胺積累和深褐色表型關聯之間起重要作用。

該研究結果為深入了解水稻氨基酸代謝提供了新的信息。此外，HFL水稻籽粒中賴氨酸和5-羥色胺的積累將有利於促進營養優良作物的培育。

Figure 1. Rice seed samples and schematicdiagram of experimental approaches used in this study.

Figure 8. A proposed model for the metabolicconnection between lysine metabolism and serotonin biosynthesis inendosperm of HFL rice.