澱粉是植物光合作用的主要產物之一,但葉片中暫存性澱粉代謝的途徑、調控機制及其在植物生理上的功能,至今仍有待釐清。為研究澱粉代謝的調控機制,我們以阿拉伯芥為材料篩選影響葉中澱粉含量的突變株,分析這些突變株並分離其基因,以了解這些基因,在澱粉代謝途徑與調控上所扮演的角色。
一般咸認為α澱粉水解酶是最先參與分解澱粉的酵素,將澱粉分解成醣類小分子,但是我們發現在沒有α澱粉水解酶的阿拉伯芥突變株中澱粉的代謝與野生型沒有差異,顯示葉片中暫存性澱粉降解的機制與儲存性澱粉降解不相同。為了解阿拉伯芥質體型α澱粉水解酶功能,我們將只含有C端具澱粉水解酶活性的蛋白轉殖到阿拉伯芥中,當此蛋白大量表現與葉綠體中,轉殖株幾乎不含澱粉,植株變小並黃化,顯示植物當法正常的調控澱粉合成及降解時,會影響到植物的生長與發育,我們已分離出一些植株變綠或變大但仍缺澱粉的回復突變株,藉由分析這些突變株將有助於了解有哪些基因參與澱粉代謝發生改變時的生理反應。
光合作用的產物一般會由葉綠體中運出至細胞質中,並由綠色細胞運送至其他異營性細胞提供碳源,這個過程也是有精細的調控,我們發現阿拉伯芥植株長在海藻醣培養基時,6磷酸葡萄糖 (G6P)轉運蛋白 (GPT2) 會被誘導於葉綠體上表現,將細胞質內的G6P運至葉綠體中以合成澱粉,G6P的轉運與利用在生理代謝極為重要,但轉運過程是如何調控尚未完全明瞭,我們將利用基因遺傳工程改變植物中與G6P代謝相關基因的活性,以了解植物是如何此調控機制。
還原劑 (如NADH及NADPH) 也是光合作用的生成物,這些還原物並不能直接送出葉綠體,而是要經由酵素反應以蘋果酸 (malate) 及草醯乙酸鹽 (OAA) 形式轉運。我們發現質體型NAD蘋果酸去氫酶 (pMDHN) 會與LSF2及BAM1結合成複合體,但是此複合體在澱粉代謝中的功能未明,另外由突變株的分析我們發現pMDHN的活性是植物胚胎及葉綠體的發育過程所必須,且質體型NADPH蘋果酸去氫酶 (pMDHNP) 完全無法取代pMDHN的活性,目前我們正在研究pMDHN活性與葉綠體的發育的關係。
另外我們發現大部分參與澱粉代謝的基因,在不同的組織及光照週期中,它們的訊息RNA有類似的表現形式,這種同步表現主要是經由轉譯因子來調控,需要進一步的研究來解開此一調控的機制。
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