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近日，中國熱科院生物所甘蔗逆境生物學研究團隊在植物蛋白質翻譯后修飾研究方面取得新進展。研究系統(tǒng)總結了植物蛋白質翻譯后修飾（post-translational modifications, PTMs）的類型、作用途徑以及各種修飾之間的交互作用，并討論了PTMs在育種上潛在的應用前景，為深入探究植物PTMs的功能、調控模式及作物品種改良應用積累參考依據(jù)。

PTMs是指蛋白質在翻譯中或翻譯后經(jīng)歷的一個共價加工，即通過一個或幾個氨基酸殘基加上修飾基團或通過蛋白質水解剪去基團而改變蛋白質的活性、穩(wěn)定性、定位、功能及相互作用的過程。在蛋白質的整個生命周期中，會發(fā)生不同的翻譯后修飾，并參與到蛋白質的合成、定位、功能和降解等過程，多種修飾間還存在交互作用，共同調控生物過程。近年來，蛋白質翻譯后修飾在植物領域逐漸成為研究的熱點。研究證明，蛋白質翻譯后修飾廣泛參與植物的多種生理生化過程。本論文首先系統(tǒng)地介紹了植物中的PTMs類型（圖1），根據(jù)附加基團的性質可分為化學基團、蛋白質基團、復雜分子和氨基酸修飾，涵蓋磷酸化、乙?；?、泛素化、糖基化以及乳酸化、巴豆?；?、琥珀?；?、棕櫚?；刃滦头g后修飾。

圖1 .植物生命活動中常見的PTMs

蛋白質翻譯后修飾的作用機制復雜多樣。研究從植物生長發(fā)育、代謝過程、生物脅迫以及非生物脅迫四個方面，全面總結了PTMs的關鍵調控途徑和作用機制（圖2）。在植物的生長發(fā)育中，磷酸化、泛素化、乙?；⑻腔约扮牾；刃揎棌V泛參與種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結果和種子成熟等過程中。同時，植物初生代謝和次生代謝過程，比如碳代謝、糖酵解、代謝物質合成等也受蛋白修飾水平的影響。PTMs是植物防御信號的重要工具，能夠助力抵抗病原體入侵。在植物和病原菌互作過程中，關鍵調控蛋白的修飾或修飾水平動態(tài)變化，可以調控基因表達、轉錄激活、影響激酶活性和蛋白定位等生物學過程，進而影響免疫信號的激活，做出免疫應答，從而提高植物抗病性。在面對高鹽、溫度和干旱等環(huán)境壓力時，植物PTMs水平會發(fā)生動態(tài)變化，并通過維持相關蛋白或轉錄激活因子的穩(wěn)定性，介導活性氧平衡等方式，改變植物的抗逆性，從而響應脅迫反應。

圖2. PTMs在植物中的關鍵調控途徑和作用機制

研究文章還概述了蛋白質翻譯后修飾的交互作用。蛋白質通常在多個位點進行修飾，且同一個位點可能存在多種翻譯后修飾。不同的修飾間可能存在交互作用，相互激活或相互抑制，共同調節(jié)生物學過程。為此，本文還對該領域未來的發(fā)展方向和重要問題進行了展望，包括不同翻譯后修飾間交互作用的調控機制、多種脅迫條件下翻譯后修飾水平的變化和反應機制，以及不同植物的修飾位點圖譜的構建。此后的研究還可以在單細胞或單一蛋白水平深入解析蛋白質翻譯后修飾，并推動其在生物育種上的應用（圖3）。

圖3. PTMs在植物育種的應用前景

該研究成果以“Protein post-translational modification in plants: Regulation and beyond”為題發(fā)表于《Horticultural Plant Journal》。中國熱科院生物所/福建農林大學聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生李振香為論文的第一作者，熱帶作物生物育種全國重點實驗室/中國熱科院生物所/三亞研究院/福建農林大學闕友雄研究員和吳期濱副研究員為本論文的共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、中國熱帶農業(yè)科學院國家熱帶農業(yè)科學中心科技創(chuàng)新團隊、熱帶作物生物育種全國重點實驗室項目、中央引導地方科技發(fā)展專項、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費、國家糖料產(chǎn)業(yè)技術體系以及福建農林大學科技創(chuàng)新專項基金等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.hpj.2025.02.003