包括来自圣彼得堡国立大学科研人员参加的科研团队首次发现植物中包含特殊纤维蛋白淀粉,它们负责“储存”种子内的营养物质。最近,一份权威性的科学杂志——

《植物科学趋势》指出,由于这项研究工作的开展,现在已知几乎所有大型的生物群—

—细菌,古菌,动物,真菌和植物都含有功能淀粉样蛋白。

plant amyloid

用豌豆球蛋白抗体信号(红色)与淀粉样蛋白特异性硫黄素-

t(绿色)在豌豆种子低温切片上进行共定位分析,共定位显示为黄色。

资料来源:安东涅茨等人,PLOS Biology,2020年)

这一具有重大价值的发现未来可能有助于增加植物种子的营养价值,甚至在将来研发出低致敏的豆类。

在绝大部分不含坚果的零食和甜食的包装上,经常会发现这样的警告语:“可能含有微

量花生。”

有些人对这种产品过敏程度如此之高,以至于最小的坚果颗粒甚至粉尘都会引起不适,有时会引起普通皮疹、甚或是严重肿胀之类的危险反应。花生种子富含蛋白质,其中一些会引起过敏反映。其中最强的过敏原之一是豌豆球蛋白,它存在于各种豆类中,包括花生和豌豆。

由圣彼得堡国立大学、全俄农业微生物研究所、俄罗斯科学院细胞研究所

、俄罗斯科学院生物物理理论与实验研究所

、喀山联邦大学、法国勃艮第大学的科学家们组成的科研团队在PLOS

Biology志上发表的研究论文中首次通过实验证明了(以前他们能够使用生物信息学方法对其进行预测)普通豌豆的种子中含有特殊的纤维状蛋白—— 淀粉样蛋白。这些蛋白曾经在细菌,古细菌,动物和真菌中被发现,但却是首次在植物中被发现。有意思的是,豌豆种子中的大多数淀粉样蛋白是由以上提及的豌豆球蛋白形成的。

豌豆球蛋白是在豆类中发现的最重要的食物过敏原之一,它的致敏性机制可能与我们发现的这种蛋白质的淀粉样蛋白特性有关。我们已经表明,作为胚胎养分的主要储备的存储蛋白,以淀粉样蛋白的形式积累在种子中。从长远来看,对这些机制的研究可能有助于降低豌豆、花生和其他豆类的致敏性。

科研团队负责人,国立圣彼得堡大学遗传学和生物技术教研室副教授、全俄农业微生物研究所实验室主任安东·尼日尼科夫

“有意思的是,根据我们研究所获得的生物信息学数据表明,豌豆以及许多不属于豆类的植物种子的贮藏蛋白富含易于形成淀粉样蛋白的成分,即密集而稳定的原纤维聚生体

。这就解释了为什么种子具有在各种不利条件下生存并在多年后发芽的能力。”该研究的第一作者、圣彼得堡国立大学细胞学和组织学教研室副教授、全俄农业微生物研究所高级研究员基里尔·安东涅茨指出。

该研究的另一项可能的应用价值,是在未来培育具有超营养种子的农作物。科学家在体外(试管内)进行的实验表明,哺乳动物不能完全消化植物淀粉样蛋白,它不能被消化酶分解。正如安东·尼日尼科夫解释的那样,淀粉样蛋白会大大降低种子的营养价值,因此了解如何降低植物种子中淀粉样蛋白的形成以获取具有更多常见蛋白质的品种非常重要,这种作物对人类来说及其有益,它也特别有营养。

pic1 plant amyloid

过体外用刚果红染色的透射光(左)和偏光(右)光学显微镜观察下的豌豆蛋白原纤维结果。(资料来源:安东涅茨等人,PLOS Biology,2020年)

安东·尼日尼科夫说:“今天,我们还在研究根瘤菌属的淀粉样蛋白—— 这些微生物能够与豆类共生并结合大气中的氮,从而使植物可以吸收更多的养分。我们预测,淀粉样蛋白也可以在互利的共生过程中发挥重要作用,正如我们所指出,根瘤菌属也含有淀粉样蛋白。我们希望我们的发现会有助于植物生物学、微生物学以及农业的发展。” 这项研究得到了俄罗斯科学基金会17-16-

01100的支持。该项工作的实验部分是使用圣彼得堡国立大学科技园的设备完成的。

需要提及的是,特殊的原纤维形式的蛋白质——淀粉样蛋白—— 因其与由异常蛋白质聚集引起的多种疾病(称为淀粉样变性)相关而被人们了解。在一些严重的疾病中,可溶的单体蛋白质被转化为聚合的纤维状形式,该形式在各种组织和器官中形成淀粉样蛋白“斑块”。人类总共有40多种与淀粉样蛋白有关的疾病,这些疾病很难治疗,或者说根本无法治愈。

然而,正如该研究证实的那样,在最近的几十年中,全世界的科学家发现越来越多的证据表明淀粉样蛋白在健康的生物体中依然发挥着作用:这种蛋白质形式通常能“储存”并稳定各种物质,此外,它还作为一种结构性的“矩阵”。

这不仅发生在植物中,例如,人类和动物中的部分激素也以淀粉样蛋白的形式供给,而其他功能性淀粉样蛋白则参与黑色素的生物合成和长期记忆的形成。