近日，熱帶作物生物育種全國重點實驗室/中國熱帶農業科學院熱帶生物技術研究所/三亞研究院/福建農林大學闕友雄和吳期濱團隊在國際農林科學領域權威期刊Horticultural Plant Journal發表了題為

Protein post-translational modification in plants: Regulation and beyond

PTMs是指蛋白質在翻譯中或翻譯后經歷的一個共價加工，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，PTMs已經成為植物研究的熱點。本論文首先系統地介紹了植物中的PTMs類型（圖1），根據附加基團的性質可分為化學和蛋白質基團修飾、復雜分子修飾和氨基酸修飾，涵蓋了磷酸化、乙酰化、泛素化、糖基化以及乳酸化、巴豆酰化、琥珀酰化、棕櫚酰化等新型翻譯后修飾。

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。文章從植物生長發育、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）。在植物的生長發育中，磷酸化、泛素化、乙酰化、糖基化以及琥珀酰化等修飾廣泛參與種子萌發、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。令人感興趣的是，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、溫度和干旱等環境壓力時，植物PTMs水平會發生動態變化，并通過維持相關蛋白或轉錄激活因子的穩定性，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

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，共同調節生物學過程。為此，本文還對該領域未來的發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。我們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在植物育種中的應用前景

中國熱科院生物所/福建農林大學聯合培養碩士研究生李振香為本論文的第一作者，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。福建農林大學農學院已畢業碩士研究生覃麗謙、崔天真、梁艷蘭，在讀博士研究生臧守建以及中國熱科院生物所/三亞研究院王東姣助理研究員、孫婷婷副研究員、趙婉瑩助理研究員參與了本研究。特別感謝崖州灣國家實驗室王海峰教授在論文的撰寫和修改中提供的指導和幫助。該研究得到國家自然科學基金、中國熱帶農業科學院國家熱帶農業科學中心科技創新團隊、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展專項、中央公益性科研院所基本科研業務費專項、國家糖料產業技術體系以及福建農林大學科技創新專項基金等項目的資助。

https://doi.org/10.1016/j.hpj.2025.02.003