RE1蛋白：植物氨基酸运输的秘密武器

植物产生所有对人类生命必不可少的氨基酸。这通常发生在一种叫做质体的专门细胞器中。一个由海因里希·海涅大学杜塞尔多夫（HHU）领导的研究团队，最近解开了植物如何在体内分配这些氨基酸的机制。

在一篇发表在《自然植物》期刊上的文章中，研究人员描述了这个过程的机制以及所用的运输蛋白种类。这些发现可能有助于培育出氨基酸含量更高的农作物，从而提升营养质量。

蛋白质——每个生物体的基本构建块——是由许多所谓的氨基酸组成的大分子。人类可以自己合成其中一些氨基酸，但其他的“必需氨基酸”必须通过食物获得。植物合成所有20种“蛋白质合成”氨基酸，蛋白质就是由这些氨基酸构成的，这使得植物成为人类饮食中氨基酸的理想供应者。

然而，植物并不是在所有部位都能合成氨基酸。这九种氨基酸，包括赖氨酸和精氨酸等重要成分，仅在质体的细胞器中合成。“叶绿体”是进行光合作用的地方，也是质体。到现在为止，氨基酸是如何从质体运输到植物其他部分的仍然不清楚。

由HHU植物生物化学研究所的安德烈亚斯·P·M·韦伯教授博士领导的研究小组现在将氨基酸通过叶绿体膜运输的功能归因于一种称为RETICULATA1（简称：RE1）的运输蛋白类。这使得氨基酸能够在植物内部进行交换。

韦伯教授（通讯作者）表示：“RE1的分子功能几十年来一直是个谜，尽管已知该基因的突变会导致模式植物阿拉伯芥（又称：阔叶芥）出现显著的叶形变化。我们现在发现，RE1是一种专门运输基本氨基酸的运输蛋白，例如精氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸和赖氨酸。”

缺乏RE1的植物不仅具有特征性的“网状”叶形，而且它们的叶子和叶绿体中只含有少量基本氨基酸。首席作者弗朗茨斯卡·库赫特博士表示：“这表明植物的氨基酸分布出现了问题。RE1和它最亲近的亲属RER1（RETICULATA-RELATED1）完全缺失甚至会致命，这突显了这些蛋白质的重要作用。”

研究小组还发现，RE1的缺失减少了基本氨基酸的生物合成，并破坏了质体和细胞质之间氨基酸库的平衡——细胞内的液体成分。

Kuhnert表示：“RE1及相关蛋白只存在于含有质体的生物中。由于所有植物和光合藻类都拥有RE蛋白，这些蛋白在进化上必须是古老的，并且起源于质体通过‘内共生’形成的时期——即是将之前独立的细胞吸收到其他细胞中。RE1可能对植物的这一进化过程做出了重要贡献。”

Weber总结道：“我们的研究结果为氨基酸向质体的运输与叶片发育之间的复杂联系以及植物中的营养分配提供了重要的见解。这一发现带来了新的思路，并使得我们能够开发含有更高必需氨基酸含量的作物。这可以贡献力量于全球粮食安全。”