近日，硒資源研究與生物應(yīng)用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周毅峰副教授以通訊作者身份在國際知名期刊《BMCPlantBiology》(中科院二區(qū)，IF=5.3)上發(fā)表了題為“Wholegenomeidentifcation,moleculardockingandexpressionanalysisofenzymesinvolvedintheselenomethioninecycleinCardaminehupingshanensis”的研究型論文，揭示了硒超富集植物壺瓶碎米薺中硒代甲硫氨酸循環(huán)(SeMTC)的關(guān)鍵酶及其對硒脅迫的響應(yīng)機(jī)制。作為該重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室富硒種質(zhì)資源的培育與改良研究方向的負(fù)責(zé)人，周教授的此項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、湖北省教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目、湖北省優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目以及湖北省硒資源研究與生物應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金的資助。
　　硒是人體和動(dòng)物所必需的微量元素，對植物生長和發(fā)育過程也具有促進(jìn)作用。壺瓶碎米薺是發(fā)現(xiàn)于恩施魚塘壩特有的一種新型超聚硒植物，其葉片硒含量極高。研究團(tuán)隊(duì)通過對該植物基因組的深入分析，成功鑒定出45個(gè)參與硒代甲硫氨酸循環(huán)(SeMTC)的基因，其中包括S-腺苷甲硫氨酸合成酶(MAT)、腺苷甲硫氨酸依賴性甲基轉(zhuǎn)移酶(Mtase)、S-腺苷同型半胱氨酸水解酶(SAHH)和甲硫氨酸合成酶(MTR)等四個(gè)酶家族基因。通過與其他植物的SeMTC基因進(jìn)行比較，研究者構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹，探討了C.hupingshanensis中SeMTC基因的進(jìn)化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)這些基因在進(jìn)化上與其他植物如擬南芥等具有一定的關(guān)聯(lián)性。此外，研究者分析了SeMTC基因的基因結(jié)構(gòu)，并使用同源建模方法預(yù)測了相應(yīng)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)和功能。在此基礎(chǔ)上，研究者通過分子對接技術(shù)，評(píng)估了SeMTC酶與硒代謝物的親和力，并識(shí)別了關(guān)鍵的活性位點(diǎn)殘基，從而揭示了酶與底物相互作用的特性。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)，在硒脅迫條件下，ChMAT3-1、ChCOMT9-1、ChSAHH1-2和ChMTR3-2基因表達(dá)水平顯著上調(diào)，表明SeMTC酶不同程度地參與了對硒脅迫的響應(yīng)。
　　本研究不僅揭示了C.hupingshanensis中SeMTC基因家族的組成和功能，通過分子對接和基因表達(dá)分析，在一定程度上也為植物硒代謝途徑提供了新的見解。該研究對于未來硒超富集植物的生物應(yīng)用和硒代謝相關(guān)基因的功能性研究具有重要的指導(dǎo)意義。

　　植物中硒代謝和硒代蛋氨酸循環(huán)示意圖。ATP：ATP硫酸化酶；APSe：5'-磷酸硒酸腺苷；APK：5'-磷酸腺苷激酶；PAPSe：磷酸腺苷磷硒酸鹽；SOT：磺基轉(zhuǎn)移酶；APR：腺苷5'-磷酸硫酸還原酶；SiR：亞硫酸還原酶；OASTL：O-乙酰絲氨酸（硫醇）裂合酶；SeCys：硒代半胱氨酸；SMT：硒代半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶；SeMSeCys：硒甲基硒代半胱氨酸；DMDSe：二甲基二硒化物；SL：硒半胱氨酸酶；CγS：胱硫醚γ合酶；SeCysth：硒代胱硫醚；CβL：胱硫醚β裂解酶；SeHcys：硒同型半胱氨酸；MMT：蛋氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶；methl-SeMet：甲基硒代蛋氨酸硒；DMSeP：丙酸二甲基硒；DMSP：二甲基磺基丙酸裂解酶；DMSe：二甲基硒化物
　　原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12870-024-04898-9。
　　

編輯：商龍臣

審核：張馳