摘要：氮是所有生物体中的必需元素，其可利用性和利用效率直接影响生物体的生长和表现，尤其在植物中更是如此。氨基转移酶是氮代谢网络中的核心酶，负责合成多种有机氮化合物。尽管每个氨基转移酶可能催化数百种不同氨基酸和酮酸底物组合的转氨反应，但许多氨基转移酶的完整功能仍然不明

氮是所有生物体中的必需元素，其可利用性和利用效率直接影响生物体的生长和表现，尤其在植物中更是如此。氨基转移酶是氮代谢网络中的核心酶，负责合成多种有机氮化合物。尽管每个氨基转移酶可能催化数百种不同氨基酸和酮酸底物组合的转氨反应，但许多氨基转移酶的完整功能仍然不明确。本研究利用高通量基因合成和酶活检测平台，系统性确定了拟南芥中38个氨基转移酶的底物特异性，在总共4,104个反应中发现了许多此前未被识别的酶活。将这些生化数据整合到拟南芥的酶约束代谢模型中并进行计算机模拟，进一步揭示氨基转移酶的底物混杂性可改变氮分布模式，并增强氮代谢网络的鲁棒性。本研究为解析植物氮代谢网络和提高作物氮利用效率提供了基础性知识。

氮（N）是生命体的必需元素，参与氨基酸、蛋白质、核酸等多种生物分子的合成。

植物中氮利用效率（NUE）直接影响生长发育和作物产量，但土壤中氮常受限，过量施氮肥又导致环境污染。

氨基转移酶（ATs）是氮代谢网络的核心酶，催化氨基酸与酮酸之间的转氨基反应，负责氮的分配与再分布。

尽管每个AT理论上可催化数百种反应，但其完整底物谱和生理功能仍大部分未知，尤其是在植物中。

成功表达并纯化了38个拟南芥AT酶，测试了4,104个反应组合。

使用LC-MS高通量平台检测产物生成，发现大量此前未知的AT活性。

新发现的酶功能：

多个AT具有甘氨酸（Gly）和芳香族氨基酸（Aro）转氨活性，扩展了光呼吸和芳香族代谢的酶学基础。

VAS1/ISS1具有广泛的底物特异性，影响色氨酸、酪氨酸等代谢物的积累。

AGD2 和 WIN1表现出强烈的α-氨基己二酸（AAD）转氨酶活性，填补了赖氨酸降解途径中的关键缺失步骤。

酶动力学验证：

通过动力学分析（Km, kcat）确认新发现的酶活性具有较高的催化效率。

代谢模型整合：

新反应可提高生物量产量；

增强代谢网络的鲁棒性（robustness），尤其是在双基因敲除模拟中；

改变氮同位素标记模式，影响 Ala、Cys、Ser、Thr 等的标记动力学。

拟南芥AT酶具有广泛的多底物特异性，远超此前认知。

新发现的酶活性揭示了氮代谢网络中的新连接和缺失的生化步骤。

AT酶的底物混杂性（promiscuity）增强了代谢网络的冗余性和鲁棒性。

该研究为作物氮效率改良提供了重要的酶学基础和代谢工程靶点。

来源：菠萝蜜的原创科学课堂