糖信号通过SRF1驱动玉米种子中的蛋白质合成

一个研究小组发现了一种关键的分子途径，通过该途径，长期以来被认为是主要能量来源的蔗糖也能作为信号分子来调节玉米种子储存蛋白的合成。

　　

研究人员发现了一种玉米突变体ven2，其蔗糖代谢受损，导致蛋白质积累发生变化。该研究强调了转录因子SRF1在将糖信号转化为α-玉米醇溶蛋白产量增加中的作用，为种子发育和提高谷物品质的潜在育种策略提供了新的见解。

玉米种子以淀粉和蛋白质的形式储存能量和营养，其中α-玉米醇溶蛋白占总蛋白质的60%以上。这些蛋白质对种子结构、营养价值和抗机械损伤能力至关重要。虽然像OPAQUE2和PBF1这样的转录因子已被确定为玉米醇溶蛋白基因表达的核心调控因子，但控制其活性的上游信号机制仍不清楚。蔗糖不仅促进种子发育，还能作为一种信号影响基因表达，尤其是在营养分配至关重要的发育胚乳中。迄今为止，蔗糖代谢与玉米醇溶蛋白合成之间的联系在很大程度上仍处于推测阶段。

2025 年 6 月 24 日，山东农业大学赵祥宇团队在《种子生物学》 上发表了一项 研究（DOI：10.48130/seedbio-002 5 -00 08 ）  ，阐明了蔗糖-SRF1-α-玉米醇溶蛋白调控轴，为糖信号如何在玉米种子发育过程中协调蛋白质生物合成提供了机制见解。

为了剖析玉米蔗糖代谢和种子贮藏蛋白合成之间的分子关系，研究人员采用了遗传、分子、生化和转录组分析相结合的分析方法。他们首先从 EMS 诱变的 B73 群体中鉴定出一个突变体——玻璃质胚乳 2  ( ven2 )。使用 F? 分离群体进行的遗传图谱将突变范围缩小到Zm00001d003776，编码细胞壁转化酶 II (INCW2)。测序证实了该基因发生了 G 到 A 的替换。使用另外两个 ven2 等位基因 (ven2-1 和 ven2-2) 进行的互补等位性测试证实了INCW2 为致病基因。从表型上看，ven2 种子明显较小，显示出玻璃质和硬化的胚乳，淀粉含量降低，并且积累了高水平的 19 kDa 和 22 kDa α-玉米醇溶蛋白，而非玉米醇溶蛋白没有变化。高分辨率扫描电镜显示 ven2中存在紧密堆积的小淀粉颗粒，嵌入蛋白质基质中。生化测定进一步证实，ven2 突变体基部胚乳中的蔗糖含量增加，葡萄糖/果糖含量减少，这是转化酶活性受损的标志。为了确定蔗糖是否作为影响玉米醇溶蛋白基因表达的信号分子，启动子分析鉴定了 α-玉米醇溶蛋白启动子中的 W-box 糖反应元件。在富含蔗糖的培养基中培养的胚乳显示 α-玉米醇溶蛋白表达增加，荧光素酶测定证实了启动子被蔗糖激活。相反，在玉米醇溶蛋白启动子 (OE-Incw2) 下过表达INCW2导致蔗糖和玉米醇溶蛋白积累减少。RNA 测序显示，ven2 突变体上调了储存蛋白生物合成基因，下调了淀粉生物合成基因，这与观察到的表型一致。在糖反应转录因子中，WRKY 蛋白 SRF1 受到蔗糖的显著诱导，并通过 W-box 元件直接结合 α-玉米醇溶蛋白启动子，这已通过双荧光素酶和 EMSA 分析得到证实。

这些发现表明，蔗糖水平通过糖反应转录因子SRF1直接调控储存蛋白的积累。通过调控蔗糖信号或SRF1活性，育种者可以优化玉米粒的蛋白质含量和品质。这对于改善种子质地、营养密度和作物整体价值具有重要意义，尤其对于用于人类消费和动物饲料的品种而言。

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