華中農(nóng)業(yè)大學(xué)揭示BnaNTT1調(diào)控油菜代謝和生長的分子機(jī)制

　　7月12日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)油菜團(tuán)隊(duì)在Cell Reports發(fā)表題為“Brassica napus BnaNTT1 modulates ATP homeostasis in plastids to sustain metabolism and growth”的研究論文。該研究闡明了轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白BnaNTT1在調(diào)控油菜代謝和生長中的功能和分子機(jī)制。

 

　　植物細(xì)胞內(nèi)質(zhì)體與細(xì)胞質(zhì)之間交換ATP/ADP的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白為核苷酸三磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（nucleotide triphosphate transporter, NTT），它負(fù)責(zé)從胞質(zhì)中轉(zhuǎn)運(yùn)ATP進(jìn)入質(zhì)體，交換等量的ADP，維持質(zhì)體內(nèi)ATP/ADP的動態(tài)平衡，滿足質(zhì)體內(nèi)脂肪酸和氨基酸合成等ATP依賴的代謝活動。植物中NTT是否結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)胞質(zhì)ATP進(jìn)入質(zhì)體的研究鮮有報(bào)道，NTT調(diào)控植物生長和代謝的分子機(jī)制也尚不清楚。

 

　　該研究首先證實(shí)了BnaNTT1蛋白定位于葉綠體內(nèi)膜上，通過在體外表達(dá)蛋白，利用NanoDSF、SPR技術(shù)以及分離油菜葉片質(zhì)體進(jìn)行代謝物的檢測，證明BnaNTT1可以結(jié)合ATP，將胞質(zhì)ATP轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)體中，并將ADP交換到細(xì)胞質(zhì)中。

 

　　研究結(jié)果表明，突變BnaNTT1降低了胞質(zhì)中的糖酵解效率，同時(shí)降低了葉綠體中DGDG、MGDG和PG等脂類代謝物的含量，導(dǎo)致類囊體結(jié)構(gòu)缺陷，降低了光合效率并導(dǎo)致油菜生長緩慢，種子中含油量也顯著下降。超量表達(dá)BnaNTT1引起質(zhì)體內(nèi)ATP含量升高，胞質(zhì)中ADP含量升高，胞質(zhì)中ADP/ATP比值上升促進(jìn)了糖酵解效率。質(zhì)體中升高的ATP水平可能提高了AGPase的活性，促進(jìn)了淀粉的生成。種子質(zhì)體中升高的ATP提高了脂肪酸的合成速率，進(jìn)而促進(jìn)了種子中油脂積累。該研究揭示了油菜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白BnaNTT1通過將胞質(zhì)ATP轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)體以維持油菜代謝和生長并促進(jìn)脂質(zhì)合成的生化與分子機(jī)制，為油菜高產(chǎn)高油育種提供了靶基因。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室洪越博士、碩士研究生夏慧和李曉為論文的共同第一作者，郭亮教授為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和湖北洪山實(shí)驗(yàn)室重大項(xiàng)目資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　The plastid-localized nucleotide triphosphate transporter （NTT） transports cytosolic adenosine triphosphate （ATP） into plastid to satisfy the needs of biochemistry activities in plastid. Here, we investigate the key functions of two conserved BnaNTT1 genes, BnaC06.NTT1b and BnaA07.NTT1a, in Brassica napus. Binding assays and metabolic analysis indicate that BnaNTT1 binds ATP/adenosine diphosphate （ADP）， transports cytosolic ATP into chloroplast, and exchanges ADP into cytoplasm. Thylakoid structures are abnormal and plant growth is retarded in CRISPR mutants of BnaC06.NTT1b and BnaA07.NTT1a. Both BnaC06.NTT1b and BnaA07.NTT1a play important roles in the regulation of ATP/ADP homeostasis in plastid. Manipulation of BnaC06.NTT1b and BnaA07.NTT1a causes significant changes in glycolysis and membrane lipid composition, suggesting that increased ATP in plastid fuels more seed-oil accumulation. Together, this study implicates the vital role of BnaC06.NTT1b and BnaA07.NTT1a in plant metabolism and growth in B. napus.

 

　　論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247（22）00858-0