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奇异的平衡,华南农大余义勋团队揭示矮牵牛花次生代谢调控新机制

已有 1206 次阅读 2020-5-11 10:01 |系统分类:科研笔记

蛋白质翻译后修饰(PTM)在细胞进程调控中扮演至关重要的角色,通过改变蛋白质的性质,如结构、稳定性、复杂的形成或酶活性而发挥作用。蛋白质中的20种氨基酸,赖氨酸是最常见的共价修饰的目标之一,可发生诸如泛素化,乙酰化,丙酰化,丙二酰化,巴豆酰化等修饰。PTMs已经被证明能够调控真核生物细胞中很多生理功能,比如细胞生长、代谢合成调控、逆境胁迫、凋亡等。

华南农业大学余义勋教授课题组致力于研究观赏植物品质形成及分子机理。2017年1月,余义勋教授团队以矮牵牛花瓣为材料,通过转录组、蛋白组和蛋白质泛素化修饰组学分析研究发现,泛素化修饰与花衰老过程中的蛋白质降解密切相关,从蛋白质泛素化修饰这一角度对花瓣衰老进行了诠释。研究成果发表在Plant Physiology上(查看详细阅读)[1]。

近日,国际著名期刊Journal of Experimental Botany(IF=5.360)在线发表了华南农业大学余义勋教授团队最新研究成果。研究人员运用转录组、蛋白组和乙酰化修饰组学分析,探究了ATP-柠檬酸裂解酶(ACL)在矮牵牛花瓣次生代谢中的作用。该文第一作者为华南农业大学博士生赵绘娜钟诗蔚景杰生物为本文的蛋白质组学与乙酰化修饰组学定量分析提供了技术支持。

细胞质乙酰CoA是合成许多次生代谢物的中间产物,也是蛋白质乙酰化修饰的乙酰基来源。细胞质乙酰CoA由ATP-柠檬酸裂解酶(ACL)催化柠檬酸获得。然而,ACL在次生代谢物合成和蛋白质乙酰化修饰中的作用尚不清楚。

本文围绕这一问题,以矮牵牛(Petunia axillaris)为研究对象,鉴定到编码矮牵牛ACL两个亚基ACLA和ACLB的4个基因(PaACLA1,PaACLA2,PaACLB1、PaACLB2)并获得了两个亚基分别抑制的矮牵牛植株。研究进一步发现,PaACL沉默导致叶片和花发育不正常、花色素苷减少和花衰老加速。蛋白质组学与乙酰化修饰组学进一步研究发现:PaACL沉默引起乙酰CoA的减少,从而导致植物体内“代谢胁迫(metabolic stress)”,该胁迫反应又引起蛋白质组和乙酰化组的特异性变化,从而引起许多代谢产物含量增加,以维持新的代谢平衡。

PaACLB1-B2沉默诱导代谢胁迫的调控路径

值得一提的是,以往的研究表明,在矮牵牛花冠和人类细胞中蛋白质组和泛素组呈负相关,因为泛素化在蛋白质降解中起着重要作用。而在这项研究中,研究人员惊讶的发现PaACLB1-B2沉默植株中的蛋白质组表达水平受到乙酰化的负调控。在乙酰辅酶a缺乏的特殊情况下,蛋白质组与乙酰基组可能发生负相关。一些乙酰化水平较高的蛋白质的丰度可能会降低,从而节省乙酰辅酶a的来源。这一结果扩展了我们对乙酰化修饰调控的认识。

参考文献:

1. Jianhang Guo, et al. (2017) Proteomes and Ubiquitylomes Analysis Reveals the Involvement of Ubiquitination in Protein Degradation in Petunias. Plant Physiol.

2. Huina Zhao, et al. (2020) PaACL silencing accelerates flower senescence and changes proteome to maintain metabolic homeostasis. Journal of Experimental Botany.

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