大豆苹果酸酶家族蛋白特性解析：种子油脂代谢改良的关键靶点筛选

【编辑推荐】本研究通过重组表达和亲和纯化技术，系统分析了大豆(Glycine max)苹果酸酶(ME)家族NAD-ME和NADP-ME亚型的动力学特性，发现NADP-ME1.1对底物苹果酸和NADP具有高亲和力，且受谷氨酰胺特异性激活；而NAD-ME亚型通过谱系1/2亚基可变组合实现差异调控。这些发现为油料作物中间代谢提供新见解，并提名特定ME亚型作为育种计划中提高种子含油量的生物技术工具。

　　

亮点

动力学参数揭示大豆NAD-ME和NADP-ME亚型的差异催化性能

基于亚细胞定位和表达模式（Gerrard Wheeler等，2016；表S1），我们筛选出5个在胚胎成熟阶段显著上调的ME亚型：NAD-ME1（Glyma03g24630）、NAD-ME2.1（Glyma09g39870）、NAD-ME2.3（Glyma03g01680）、NAD-ME2.4（Glyma07g08110）和NADP-ME1.1（Glyma13g43130）。这些亚型通过提供前体物质参与种子储备化合物的生物合成（Pavlovic等，2023）。

讨论

解析关键酶的生化特性有助于设计更成功的植物转基因方案。本研究发现：

1. 质体型NADP-ME1.1对苹果酸（S_0.5=0.11±0.02 mM）和NADP（S_0.5=0.03±0.01 mM）具有超高亲和力，其催化效率（k_cat/S_0.5）达1.4×10⁶ M^-1s^-1，且被谷氨酰胺（种子发育中母体组织输入的主要氮源）特异性激活2.3倍。

2. 线粒体NAD-ME亚型呈现谱系特异性调控：谱系1亚基（NAD-ME1）受ATP抑制（IC₅₀=1.8 mM），而谱系2亚基（如NAD-ME2.1）被柠檬酸激活（A_0.5=2.4 mM），这种"代谢开关"特性使其能动态响应种子成熟期的底物波动。

结论

这些发现不仅揭示了ME家族在油料作物碳氮协同代谢中的精密调控机制，更为分子育种提供了"代谢推手"策略（push strategy）的理想靶点——NADP-ME1.1的高效催化特性与NAD-ME亚型的可塑性调控，为设计高含油量大豆品种开辟了新途径。