ZmPMI3磷酸甘露糖异构酶的动力学特性与成熟玉米茎秆中水溶性碳水化合物含量的自然变异相关

成熟玉米茎秆中积累了大量水溶性碳水化合物（WSC），可为工业生物转化提供易于利用的碳库。然而，在田间条件下调控WSC储量的遗传因素仍不明确。本研究以遗传多样性丰富的玉米群体为材料，在生理成熟期测定第一果穗下方节间的葡萄糖、果糖、蔗糖及总WSC含量，并将性状变异与全基因组单核苷酸多态性（SNP）数据进行关联分析。该群体的茎秆WSC含量表现出广泛变异，最高可达干重的50.4%。全基因组关联分析鉴定出20个与单一糖组分或总WSC含量相关的数量性状位点。其中，一个与果糖含量相关的区域包含两个相邻的注释基因，预测分别编码磷酸甘露糖异构酶的片段。序列比较、cDNA扩增和蛋白质结构预测均支持将二者整合为一个完整的基因模型，本文将其命名为ZmPMI3。生化表征表明，ZmPMI3催化甘露糖-6-磷酸与果糖-6-磷酸之间的可逆转化，该反应是碳水化合物代谢中的核心反应。研究鉴定出具有不同酶动力学特性的天然蛋白质单倍型，且这些单倍型与茎秆WSC含量的显著差异相关。综上，这些结果表明，ZmPMI3是影响玉米茎秆碳水化合物储量自然变异的候选基因，其作用可能通过改变己糖磷酸的代谢分配实现。

成熟玉米茎秆中积累了大量水溶性碳水化合物（WSC），可为工业生物转化提供易于利用的碳库。然而，在田间条件下调控WSC储量的遗传因素仍不明确。本研究以遗传多样性丰富的玉米群体为材料，测定了生理成熟期第一果穗下方节间中葡萄糖、果糖、蔗糖及总WSC的含量，并将性状变异与全基因组单核苷酸多态性（SNP）数据进行关联分析。该群体的茎秆WSC含量呈现广泛变异，最高可达干重的50.4%。全基因组关联定位鉴定出20个与单糖组分或总WSC含量相关的数量性状位点。其中一个与果糖含量相关的区域包含两个相邻的基因注释，预测分别编码磷酸甘露糖异构酶的片段。序列比较、cDNA扩增和蛋白质结构预测结果支持将二者整合为一个基因模型，本文将其命名为ZmPMI3。生化特性分析表明，ZmPMI3可催化甘露糖-6-磷酸与果糖-6-磷酸之间的可逆转化，这是碳水化合物代谢中的核心反应。研究鉴定出具有不同动力学特性的天然蛋白质单倍型，且这些单倍型与茎秆WSC含量的显著差异相关。综上，这些发现表明，ZmPMI3可能通过改变己糖磷酸的分配，成为影响玉米茎秆碳水化合物储量自然变异的候选基因。

Susanne Groh和Frank Roeber均受雇于先锋良种公司（Pioneer Hi-Bred）。

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关键词：玉米茎秆 · 水溶性碳水化合物 · 全基因组关联分析 · 磷酸甘露糖异构酶 · 酶动力学 · 自然遗传变异

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.12.758442v1?rss=1