Regulation of maize lysine metabolism and endosperm protein synthesis by opaque and floury mutations

Abstract

The capacity of two maize opaque endosperm mutants (o1 and o2) and two floury (fl1 and fl2) to accumulate lysine in the seed in relation to their wild type counterparts Oh43+ was examined. The highest total lysine content was 3.78% in the o2 mutant and the lowest 1.87% in fl1, as compared with the wild type (1.49%). For soluble lysine, o2 exhibited over a 700% increase, whilst for fl3 a 28% decrease was encountered, as compared with the wild type. In order to understand the mechanisms causing these large variations in both total and soluble lysine content, a quantitative and qualitative study of the N constituents of the endosperm has been carried out and data obtained for the total protein, nonprotein N, soluble amino acids, albumins/globulins, zeins and glutelins present in the seed of the mutants. Following two-dimensional PAGE separation, a total of 35 different forms of zein polypeptides were detected and considerable differences were noted between the five different lines. In addition, two enzymes of the aspartate biosynthetic pathway, aspartate kinase and homoserine dehydrogenase were analyzed with respect to feedback inhibition by lysine and threonine. The activities of the enzymes lysine 2-oxoglutate reductase and saccharopine dehydrogenase, both involved in lysine degradation in the maize endosperm were also determined and shown to be reduced several fold with the introduction of the o2, fl1 and fl2 mutations in the Oh43+ inbred line, whereas wild-type activity levels were verified in the Oh43o1 mutant.

Agronomic and Kernel Compositional Traits of Blue Maize Landraces from the Southwestern United States

“…The lysine content in fl1 mutants and wild-type maize is usually about 2%, and reaches approximately 4% of total protein, in fl2 and o2 mutants (Weizmann, 1998). Azevedo et al (2003) also showed fl2 and o2 mutants to be higher in lysine content (3.8% of total protein) than fl1, and fl1 to be most similar to, wild-type maize (1.9 vs. 1.5% of total protein, respectively). Levels of lysine from our study were somewhat higher than those of fl1 genotypes reported in the above studies; however, the majority of floury OPV lysine values were only about 10% higher those of the dent or flint OPVs we examined.…”

Caracterização das enzimas chaves para o controle do metabolismo de lisina em milho (Zea mays L.) geneticamente modificado

“…Além destes resultados foi constatado que os teores dos demais aminoácidos apresentaram variações, com redução ou aumento, dependendo do aminoácido analisado e do mutante (AZEVEDO et al, 2003;HUNTER et al, 2002). Esses dados mostram que os eventos aqui transformados possuem potencial para grãos com alta lisina, já que foram encontrados aumentos nos teores de lisina solúvel e diminuição na concentração das zeínas II.…”

“…O aminoácido lisina provocou a maior inibição da atividade total de AK, indicando a predominância da isoforma sensível a este aminoácido. A inibição causada pela presença de lisina e treonina mostrou um efeito aditivo na inibição da atividade da enzima, isto é, houve a soma da inibição dos aminoácidos, como já observado anteriormente em trabalhos com mutantes para alta lisina (AZEVEDO et al, 2004). Estes resultados estão de acordo com o mecanismo de regulação por retroalimentação, característico de enzimas alostéricas em vias de biossíntese, citadas para milho em inúmeros trabalhos (AZEVEDO et al, 1992;AZEVEDO et al, 2006).…”

“…Estes resultados estão de acordo com o mecanismo de regulação por retroalimentação, característico de enzimas alostéricas em vias de biossíntese, citadas para milho em inúmeros trabalhos (AZEVEDO et al, 1992;AZEVEDO et al, 2006). Em outro trabalho Azevedo et al (2003) realizou uma avaliação nas enzimas envolvidas no metabolismo de lisina no milho selvagem Oh43+ e nas mutações o1, o2, fl1 e fl2 neste background genético e o que foi observado é que a isoforma sensível a lisina é a predominante em todos os materiais, independente da mutação, confirmando os resultados obtidos no presente trabalho. Nos materiais mutantes a inibição causada pelo aminoácido treonina foi baixa em todos os mutantes, sendo que as mutações o2 e fl1 é que causaram a maior inibição.…”

“…E também tem como característica duas isoenzimas de HSDH, uma sensível e a outra resistente a inibição por treonina (AZEVEDO; SMITH; LEA, 1992) A HSDH está no ponto de ramificação da via do ácido aspártico, onde ela e a enzima DHDPS competem por um substrato comum, o β-aspartil semialdeído (ASA) e este fato pode ser um ponto chave na determinação do fluxo de carbono da via que leva a síntese de lisina ou treonina (AZEVEDO et al, 2003;AZEVEDO et al, 2004). Ensaios na presença de 5 mM de treonina mostraram inibição em todos os estágios na atividade da enzima HSDH em todos os materiais transformados e no controle HiII (Tabelas 11, 12 e 13).…”