JIPB | 武汉大学生命科学学院赵洁课题组发现水稻TH1调控维生素B1合成的新机制

维生素B1（Vitamin B1，VB1）是自然界所有生物进行生命活动所必需的微量有机物质，其在生物体内具有多种存在形式，其中含量最高的为硫胺素（Thiamin）、硫胺素一磷酸盐（Thiamin monophosphate，TMP）和硫胺素焦磷酸盐（Thiamin pyrophosphate，TPP）。VB1在植物、真菌和原核生物中可被从头合成，而在人和其他动物中由于缺乏关键酶，其自身不能合成Thiamin和TMP，只能通过摄取食物来满足自身的需求。TPP是VB1的活性成分，作为辅助因子广泛参与生物体各项生命活动，如卡尔文循环、糖酵解途径、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、氮的固化、1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成和支链氨基酸代谢等生物学过程。水稻作为全球人口的基本食物来源之一，其内源VB1的合成方式以及在水稻中的功能仍知之甚少。

JIPB近日在线发表了武汉大学生命科学学院赵洁教授课题组题为“Vitamin B1 THIAMIN REQUIRING1 synthase mediates the maintenance of chloroplast function by regulating sugar and fatty acid metabolism in rice”（https://doi.org/10.1111/jipb.13283）的研究论文。该研究发现了一个水稻调控VB1合成的OsTH1（THIAMIN REQUIRING1）基因，其基因突变导致VB1缺乏，引起水稻幼苗叶片褪绿黄萎直至死亡；研究揭示VB1合成通过调控糖和脂肪酸的代谢以及叶绿体膜的成分，从而维持细胞中叶绿体的正常功能；阐明了其在维持水稻植株生长和发育过程中的重要作用。

Phenotypic features of WT and cles plants in rice

Working model for the roles of rice vitamin B1

赵洁课题组研究发现了一个水稻VB1营养缺陷型突变体cles，该突变体在幼苗四叶期的叶片中出现褪绿黄萎表型，叶绿体膜结构崩塌，叶绿素含量和最大光能转换效率均显著降低，鉴定发现该突变体表型为水稻OsTH1基因突变所致。OsTH1基因编码一个VB1合成双功能酶（甲基嘧啶磷酸激酶/硫胺素磷酸盐焦磷酸激酶），在各组织器官中广泛表达，在幼苗、叶片、幼穗和发育中的种子中高表达。研究发现，水稻VB1合成相关基因的表达量增加，但cles中VB1含量依然显著性降低；TPP含量降低影响三羧酸循环、磷酸戊糖途径和脂肪酸从头合成等代谢过程，导致cles幼苗中脂肪酸（C16:0和C18:0）和糖（蔗糖和葡萄糖）等物质含量减少；突变体cles中叶绿体膜成分合成基因的差异表达导致相关物质合成受损，致使叶绿体膜结构紊乱。同时，还发现OsTH1基因的转录本发生可变剪接，使水稻中存在多种OsTH1蛋白形式且具有不同的亚细胞定位模式。该研究揭示了水稻VB1合成过程中OsTH1的必需性和重要性，它通过调控糖和脂肪酸等物质代谢在幼苗生长发育中发挥重要作用，这一研究为探讨水稻VB1的功能提供了新的观点和重要信息。

武汉大学生命科学学院为该论文的第一作者单位，赵洁课题组博士研究生聂延伸为第一作者，赵洁教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金的资助。

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转自：科研人直通车

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