馬鈴薯是全球第四大糧食作物db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网HOME_U8国际_U8共创美好未来，其塊莖貯藏蛋白必需氨基酸（EAA）含量高、功能特性好PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站，被廣泛認爲是最有價值的植物蛋白之一熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTSbeat·365(中国)-官方认证网站OG视讯·(中国区)官方网站。然而OG视讯·(中国区)官方网站beat·365(中国)-官方认证网站，與小麥面筋蛋白相比熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTS，馬鈴薯塊莖貯藏蛋白含量較低且缺乏可形成分子間二硫鍵的半胱氨酸對澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站，導致馬鈴薯粉團的粘度差熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTS，阻礙了其在食品加工領域中的應用OG视讯·(中国区)官方网站澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版mk体育(mksport集团)股份公司。

2024年1月23日mk体育(mksport集团)股份公司澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版，中国农业科学院农业基因研究所黄三文院士团队、中国农科院蔬菜花卉研究所徐建飞研究员团队和云南师范大学尚轶教授团队在Food Chemistry ( IF 8.8 )在线发表了“Deep learning-based characterization and redesign of major potato tuber storage protein” 研究成果OG视讯·(中国区)官方网站澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网。该研究使用基于人工智能（Artificial Intelligence, AI）蛋白设计策略熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTSbeat·365(中国)-官方认证网站，在马铃薯主要贮藏蛋白Patatin表面引入多个半胱氨酸位点熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，促进了由二硫键连接的聚合物形成beat·365(中国)-官方认证网站PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站OG视讯·(中国区)官方网站，并显著提高马铃薯面团的粘性和营养成分mk体育(mksport集团)股份公司OG视讯·(中国区)官方网站DB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网。青莲百奥非常荣幸参与了该研究中二硫键检测相关工作PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTS。

文章标题：Deep learning-based characterization and redesign of major potato tuber storage protein

发表期刊：Food Chemistry

影響因子：8.8

發表時間：2024年1月23日

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1. 馬鈴薯貯藏蛋白含量、澱粉量測定以及結構特征分析；

2. AlphaFold2分析貯藏蛋白Patatin17的二聚體結構；

3. 酵母雙雜交和分裂熒光素酶檢測Patatin17二聚體形成；

4. 蛋白質設計工具在Patatin17二聚體結構表面引入六個半胱氨酸；

5. 利用質譜技術對Patatin17二聚體進行二硫鍵確證；

6. 評估Patatin17-V6多聚物在馬鈴薯粉面團上的加工效果熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站HOME_U8国际_U8共创美好未来beat·365(中国)-官方认证网站。

研究結果

一、塊莖貯藏蛋白的主要特性及結構分析

爲了研究馬鈴薯貯藏蛋白的特性beat·365(中国)-官方认证网站db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网，研究人員測定了21份四倍體和195份二倍體品系的馬鈴薯塊莖蛋白含量熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTS，發現二倍體馬鈴薯蛋白含量差異較四倍體馬鈴薯更爲顯著（圖1A）db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网。又測量了28份二倍體品系馬鈴薯的塊莖澱粉含量beat·365(中国)-官方认证网站，發現這些二倍體的塊莖蛋白與澱粉含量之間存在預期的相關性(圖1B)beat·365(中国)-官方认证网站澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站。這一發現揭示了塊莖幹物質生物合成過程中db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站OG视讯·(中国区)官方网站，資源分配和內部競爭受到嚴格的調控mk体育(mksport集团)股份公司beat·365(中国)-官方认证网站熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTS。采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發現與小麥蛋白相比PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版DB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网，馬鈴薯塊莖蛋白不能有效地粘附澱粉顆粒（圖1C-D）HOME_U8国际_U8共创美好未来db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网。

圖1：塊莖貯藏蛋白的主要特性及結構分析

PatatinsOG视讯·(中国区)官方网站，一種主要的塊莖貯藏蛋白mk体育(mksport集团)股份公司db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网，位于液泡中的非特異性脂肪酶mk体育(mksport集团)股份公司熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站DB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网。盡管Patatin17（Pat17）有一種晶體結構澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTSHOME_U8国际_U8共创美好未来，但尚未確定Pat17是否在塊莖中作爲二聚體發揮作用澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版mk体育(mksport集团)股份公司DB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网。研究人員進一步基于深度學習的蛋白結構預測方法構建了Pat17的二聚體模型db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站OG视讯·(中国区)官方网站，采用酵母雙雜交和分裂熒光素酶檢測法預測Pat17的相互作用澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版OG视讯·(中国区)官方网站db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网。在Pat17二聚體模型中熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTSPG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站，發現Patatin17通過氫鍵網絡形成同源二聚體（圖1F-G）熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTSDB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网，並通過點突變實驗進一步驗證了該發現PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTS。

二、Pat17表面引入半胱氨酸促進聚合物形成

蛋白質之間二硫鍵的形成對面團粘度至關重要DB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版，研究人員應用蛋白質設計工具在Pat17序列中加入了六個半胱氨酸熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTSdb娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网OG视讯·(中国区)官方网站，四個半胱氨酸（C88、C148、C178和C382）位于Pat17的表面OG视讯·(中国区)官方网站db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网，另外兩個半胱氨酸（C220和C294）則在蛋白互作的內部（圖2A-B）db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站。爲了檢測該蛋白變體之間是否能形成二硫鍵mk体育(mksport集团)股份公司澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站，研究人員在大腸杆菌中表達了Pat17-V6OG视讯·(中国区)官方网站PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站HOME_U8国际_U8共创美好未来，並純化後進行SDS-PAGE和免疫印記檢測OG视讯·(中国区)官方网站mk体育(mksport集团)股份公司。結果發現在非還原條件下PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网，Pat17可形成二聚體和多聚體熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTSmk体育(mksport集团)股份公司。使用還原劑處理後HOME_U8国际_U8共创美好未来db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网beat·365(中国)-官方认证网站，多聚體形式的Pat17可恢複爲單體形式（圖2C-D）澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版。

圖2：Patatin17二硫鍵的設計

三、質譜分析驗證Pat17變體二硫鍵形成

接下來HOME_U8国际_U8共创美好未来DB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网mk体育(mksport集团)股份公司，從非還原條件下純化的Pat17-V6二聚體進行二硫鍵檢測熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站。基于質譜分析HOME_U8国际_U8共创美好未来OG视讯·(中国区)官方网站db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网，共鑒定出兩個二硫鍵C178-C178和C178-C382HOME_U8国际_U8共创美好未来OG视讯·(中国区)官方网站，它們交聯了Pat17-V6二聚體（圖3A-B）PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站。其中beat·365(中国)-官方认证网站，突變實驗發現A178C位點的單點突變使Patatin17在非還原條件下形成了二聚體db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网，與質譜鑒定結果一致（圖3C-D）OG视讯·(中国区)官方网站。值得注意的是澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版，雖然C220和C294在蛋白質相互作用界面內很接近（圖2B）熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTSDB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，但在該界面上並沒有形成二硫鍵mk体育(mksport集团)股份公司PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站HOME_U8国际_U8共创美好未来，表明多個氫鍵的存在可能是影響二硫鍵形成的因素之一db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网OG视讯·(中国区)官方网站。

圖3：Patatin17多聚體中二硫鍵的確證

四、Pat17-V6聚合物提高了馬鈴薯面團的粘度

最后db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网，研究人员评估了Pat17-V6多聚物在马铃薯粉面团上的加工效果PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站OG视讯·(中国区)官方网站。通过将马铃薯粉团与等量的Pat17或Pat17-V6混合beat·365(中国)-官方认证网站。虽然添加 Pat17可提高样品粘度PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTS，但添加 Pat17-V6对粘度的提升显著高于添加Pat17（图4A-B）熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站。使用扫描电镜评估不同处理条件下马铃薯面团微观结构的变化beat·365(中国)-官方认证网站，发现以缓冲液（阴性对照）制备的马铃薯面团表面粗糙OG视讯·(中国区)官方网站熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，淀粉颗粒不能粘附在一起；当马铃薯面团与Pat17混合时DB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网，颗粒表面比对照更光滑；当用Pat17-V6制备样品时beat·365(中国)-官方认证网站DB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网OG视讯·(中国区)官方网站，观察到最光滑和最紧密的颗粒（图4C-E）beat·365(中国)-官方认证网站mk体育(mksport集团)股份公司PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站。综上结果表明DB旗舰·(中国区)官方app网站有限公司官网，通过二硫键连接的Pat17-V6聚合物可以充当分子“胶水”澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版，显著改善马铃薯面团的加工特性和营养品质（图4F）PG电子「中国china」官方网站-PG平台门户网站beat·365(中国)-官方认证网站。

圖4：Pat17-V6對馬鈴薯面團粘度和形態的作用

研究結論

研究人員利用AI蛋白質設計技術OG视讯·(中国区)官方网站HOME_U8国际_U8共创美好未来db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网，通過在馬鈴薯Pat17表面添加6個半胱氨酸mk体育(mksport集团)股份公司db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网熊猫体育【Panda】官方网站- Panda SPORTS，從而增加二硫鍵來提高其粘性和營養成分OG视讯·(中国区)官方网站澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版。該研究表明基于深度學習的蛋白質設計策略不僅能夠有效地表征蛋白質beat·365(中国)-官方认证网站，而且能夠爲未來的食物來源創造新的蛋白質澳·门人威·尼·斯·(中国)集团娱乐官方网站登录入口全站版beat·365(中国)-官方认证网站db娱乐体育官网下载(中国)有限公司官网。