周海组揭示泛素化对水稻花药和籽粒发育的整体调控机制

来源：精准医学与蛋白组学

报道了迄今为止水稻中最全面的赖氨酸泛素化修饰组，揭示了赖氨酸泛素化在水稻幼穗中的功能作用。关键词：水稻幼穗；赖氨酸泛素化修饰；花药发育；籽粒发育；雄性不育泛素化是一种重要的翻译后修饰 (PTM) 类型，几乎在每一个生物过程中发挥重要作用，包括发育和生长。泛素化修饰涉及泛素激活酶E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3。这三种酶对底物的泛素化可形成几种不同的泛素化底物。有的底物蛋白只能被单泛素化；有的底物蛋白有多个赖氨酸残基被单泛素化；还有一些蛋白在单个赖氨酸位点会形成多聚泛素链。不同种类的泛素化在不同的细胞过程中起重要作用，如组蛋白调节、先天免疫信号、DNA修复和内吞作用。尽管其在植物生殖发育中具有功能，但在水稻穗中的机制仍不清楚。2020年11月1日，来自华南农业大学生命科学学院周海研究员团队在Genomics, Proteomics & Bioinformatics 上发表了研究论文，针对水稻幼穗开展了系统的泛素化修饰组学研究。研究报道了迄今为止水稻幼穗中最全面的赖氨酸泛素化组，揭示了赖氨酸泛素化不仅在水稻幼穗的基本细胞过程中起着重要作用，也可能在其生理功能中起关键作用。景杰生物提供了其中的泛素化修饰组学定量检测服务。 1. 水稻幼穗中泛素化修饰组学研究为了获取水稻幼穗中泛素化修饰情况，研究人员对其开展了泛素化修饰组学研究，共鉴定到916个蛋白上的1,638个泛素化修饰位点。通过与已报道的数据比较显示，1,375个泛素化修饰位点和710个泛素化修饰蛋白是本研究结果所特有的，这表明本研究揭示了迄今为止水稻幼穗中最全面的赖氨酸泛素化修饰组。 图1 水稻幼穗中泛素化修饰组学研究及比较2. 功能富集分析和蛋白互作分析接下来通过GO和KEGG数据库对鉴定到的泛素化修饰蛋白展开功能分析，结果表明泛素化修饰蛋白参与了许多对水稻幼穗花药发育至关重要的基本细胞过程，例如蛋白质降解、DNA修复等，揭示了蛋白质泛素化在水稻花药发育的信号转导中的作用。PPI结果表明泛素化修饰蛋白质广泛参与不同的途径，包括一般代谢、蛋白质降解、RNA生物学、DNA损伤修复、植物-病原体相互作用、自噬和先天免疫信号传导。 图2 泛素化修饰蛋白GO富集和KEGG富集分析3. 泛素化修饰蛋白参与水稻花药发育和籽粒发育泛素的过度积累会导致花粉母细胞和减数分裂阶段的水稻雄性不育。为探究泛素化在水稻花药发育中的作用，研究人员结合文献找到7个本次鉴定到的与花药发育相关的蛋白 (MSP1, UAM3, WDA1, OsMADS7, NRL2, OsDRUS1, OsDRUS2)，这表明与花药发育相关的蛋白的泛素化可能与花药发育有关。通过结合先前的研究成果发现，本次鉴定到的SRS5、HGW和qNPT1与水稻籽粒大小相关，这表明泛素化在调节稻米粒大小中起着重要作用，并可以通过调节与粒大小有关的蛋白质的稳定性和活性来提高水稻产量。4. 泛素化修饰验证为了进一步验证水稻幼穗中的蛋白泛素化修饰，对OsDRUS1和OsOTUB1进行了Co-IP和WB实验，结果证实了OsDRUS1和OsOTUB1在水稻幼穗中具有泛素化修饰，这表明了泛素化修饰组学分析的可靠性。 图3 泛素化修饰WB验证小结与展望本篇研究通过泛素化修饰组学对雄性不育株系水稻幼穗展开研究，共鉴定到916个蛋白上的1,638个泛素化修饰位点，这些修饰蛋白参与水稻花药发育和水稻籽粒发育，再通过实验进一步证实泛素化修饰组学分析的可靠性。本文不仅丰富了植物中泛素化位点，还丰富了研究繁殖和谷物发育的候选基因目录。这些发现为将来在植物特别是水稻中泛素化调控的研究做出了贡献。景杰生物为本研究中的泛素化修饰组学提供技术支持，感谢华南农业大学生命科学学院周海研究员团队等的信任与支持！泛素化修饰组学泛素化修饰 (Ubiquitylation) 是指一个或多个泛素分子 (Ubiquitin，由67个氨基酸组成的多肽) 在一系列特殊的酶作用下，将细胞内的蛋白质分类，从中选出靶蛋白分子，并对靶蛋白进行特异性修饰的过程。泛素化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰，在蛋白质调控中起着重要作用。首先，泛素-蛋白酶体降解通路是真核细胞中最主要的蛋白质降解途径，参与了各类生理过程，包括信号传递、转录调控、细胞周期、增殖凋亡、DNA损伤修复、炎症免疫等几乎一切生命活动的调控，并且与肿瘤、心血管等诸多疾病的发病密切相关。修饰蛋白质组学是研究泛素化的新武器，景杰生物基于专有高特异性蛋白质修饰抗体、及领先质谱集群，为您提供优质的技术服务：泛素化修饰位点鉴定；泛素化修饰谱分析；泛素化修饰组定量分析。 泛素化修饰分析流程示意图参考应用与案例生理机制研究：泛素化修饰参与几乎一切生命活动的调控，包括信号传递、转录调控、细胞周期、增殖凋亡、 DNA损伤修复、炎症免疫等。