近日，我院王琰博士与四川农业大学小麦研究所、英国洛桑研究所的科研人员，共同在植物科学领域主流期刊《The Plant Journal》（中国科学院1区TOP期刊）发表题为“Seed-type vacuolar processing enzymes recognize the 619th asparagine residue to posttranslationally cleave the HMW-GS 1Dy10-m619SN allele”的研究论文，系统解析了1Dy10-m619SN翻译后部分剪切的分子机制。该研究工作得到国家重点研发计划（2023YFD1200404）、国家自然科学基金（31971939）、四川省科技厅项目（2024ZYD0160、2024NSFSC1209）及英国生物技术与生物科学研究理事会项目（BB/X011033/1）的资助。

小麦加工品质改良是作物遗传育种领域的重要研究方向，对保障优质专用小麦生产具有关键价值。高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）约占种子储藏蛋白的 10%，是决定小麦加工品质的核心储藏蛋白类型。1Dy10 是公认的优质 HMW-GS，敲除 1Dy10 会弱化面团强度，不利于强筋小麦品质，但可增强面团延展性，有利于提升饼干品质。研究团队前期已报道小麦 HMW-GS 1Dy10 基因的等位变异 1Dy10-m619SN，发现其第 619 位氨基酸残基由丝氨酸（Ser）突变为天冬酰胺（Asn），导致 1Dy10-m619SN 翻译后在 619 位残基处部分剪切，进而提升饼干品质，且提升效果与敲除 1Dy10 相近。但 1Dy10-m619SN 翻译后部分剪切的分子机制此前尚未明确。

本研究首先采用 TurboID 邻近标记技术与 RNA-seq 方法，鉴定出液泡加工酶（Vacuolar Processing Enzymes，VPEs）是 1Dy10-m619SN 翻译后部分剪切的候选酶（图1）。提取水稻（Nipponbare和W379，其中W379为OsVPE1缺失突变体）与小麦不同发育时期种子的VPEs粗酶开展体外酶切实验，证实VPEs可特异性切割1Dy10-m619SN蛋白。进一步对小麦VPEs氨基酸序列进行系统发育分析，发现小麦存在两类种子型VPEs，即TaVPEI与TaVPEII；其中TaVPEI 可细分为TaVPEI-1、TaVPEI-2、TaVPEI-3三种亚型。上述VPEs亚型催化活性中心高度保守，但表达模式存在显著差异，其中TaVPEI-1的表达模式与 1Dy10-m619SN高度一致。亚细胞定位实验显示，TaVPEI（以TaVPEI-1-2A为研究对象）与TaVPEII（以TaVPEII-6A为研究对象）蛋白均定位于液泡，与 HMW-GS储藏位置部分重合，这一结果合理解释了1Dy10-m619SN仅发生部分翻译后剪切的现象（图2）。体外实验表明TaVPEI-1-2A与TaVPEII-6A均可酶切 1Dy10-m619SN；在小麦中过表达TaVPEI-1-2A可显著增强1Dy10-m619SN的翻译后剪切，而过表达TaVPEII-6A则无显著影响。

图1  VPEs是1Dy10-m619SN翻译后剪切的候选酶

图2  小麦种子型VPEs基因的表达特征分析

综上，本研究明确小麦种子型TaVPEI负责1Dy10-m619SN的翻译后剪切，为科学阐释小麦加工品质形成的分子机理提供重要理论参考，为弱筋小麦遗传改良提供全新思路与基因资源。

《The Plant Journal》是国际植物科学领域具有广泛影响力的主流期刊，聚焦植物生理、分子生物学、遗传学、发育生物学等方向的原创研究成果，在全球植物科学研究领域具有重要学术地位。近年来，王琰博士团队在小麦品质形成机理与遗传改良方向持续攻关，取得一系列重要研究进展，为我校作物遗传育种学科建设与高水平科研成果产出提供有力支撑。

（文/图：王琰；初审：李武；复审：陈发军；终审：张楠）