西北農(nóng)林科技大學(xué)生命學(xué)院李積勝副教授在蛋白S-硫巰基化修飾和磷酸化修飾互作調(diào)控植物干旱耐受性方面取得新進(jìn)展

　　近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李積勝副教授課題組在Molecular Plant雜志在線發(fā)表了題為“Persulfidation-induced Structural Change of SnRK2.6 Establishes Intramolecular Interaction between Phosphorylation and Persulfidation”的研究論文。生命科學(xué)學(xué)院陳思思（已畢業(yè)），王曉峰（已畢業(yè)）和陜西科技大學(xué)賈紅磊副教授為該論文共同第一作者。該論文是李積勝副教授課題組繼2020年發(fā)表在Molecular Plant雜志發(fā)表硫化氫介導(dǎo)參與脫落酸信號(hào)調(diào)控氣孔閉合機(jī)制之后的又一力作。

 

　　研究首次發(fā)現(xiàn)氣體信號(hào)分子硫化氫（Hydrogen sulfide）介導(dǎo)的S-硫巰基化修飾（S-persulfidation）可以改變脫落酸（Abscisic acid）信號(hào)通路關(guān)鍵激酶蛋白SnKR2.6的結(jié)構(gòu)，從而提高SnKR2.6轉(zhuǎn)移ATP-γ-phosphate基團(tuán)的效率，導(dǎo)致激酶活性增強(qiáng)。該研究同時(shí)證明，SnKR2.6蛋白關(guān)鍵位點(diǎn)的磷酸化修飾水平可以積極調(diào)控硫化氫介導(dǎo)的硫巰基化修飾。該研究提出的蛋白質(zhì)翻譯后修飾互作機(jī)制不僅為蛋白質(zhì)翻譯后修飾研究提供新思路，同時(shí)也為植物抗旱調(diào)控理論依據(jù)。

 

　　蛋白質(zhì)翻譯后修飾（Post-translational modifications）是一種生物細(xì)胞內(nèi)直接且有效的調(diào)控蛋白質(zhì)活性調(diào)控機(jī)制。蛋白質(zhì)翻譯后修飾主要通過(guò)在氨基酸殘基結(jié)合一些小分子基團(tuán)，精細(xì)調(diào)控蛋白質(zhì)的活性、結(jié)構(gòu)、功能、定位、和蛋白質(zhì)間的相互作用。近年來(lái)，隨著蛋白質(zhì)分離技術(shù)和新型質(zhì)譜技術(shù)的不斷發(fā)展，蛋白質(zhì)翻譯后修飾組學(xué)研究取得了較大進(jìn)展，越來(lái)越多的蛋白質(zhì)翻譯后修飾類型被人們所發(fā)現(xiàn)，至使人們對(duì)植物蛋白質(zhì)功能調(diào)控有了更新的認(rèn)識(shí)。但是，不同種蛋白質(zhì)翻譯后修飾之間是否存在互作，已經(jīng)它們之間的互作機(jī)制是亟待研究的重要問(wèn)題。硫化氫作為一種重要的氣體信號(hào)分子在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要、多樣且積極的生理作用。硫化氫信號(hào)傳遞的主要方式是一種新發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，即S-硫巰基化修飾。S-硫巰基化修飾是蛋白質(zhì)特異的半胱氨酸殘基的巰基基團(tuán)（-SH）與硫化氫共價(jià)結(jié)合形成過(guò)硫化集團(tuán)的過(guò)程，這種修飾可以改變靶蛋白的生化活性（活化或抑制）、穩(wěn)定性和分子間相互作用等方式調(diào)控靶蛋白的生物學(xué)功能。

 

　　該研究對(duì)干旱響應(yīng)關(guān)鍵蛋白SnRK2.6的兩種蛋白質(zhì)翻譯后修飾進(jìn)行研究。利用化學(xué)鉸鏈質(zhì)譜（Chemical cross-linking coupled with mass spectrometry）技術(shù)分析S-硫巰基化修飾改變蛋白結(jié)構(gòu)。C131/137位點(diǎn)的S-硫巰基化修飾會(huì)導(dǎo)致SnRK2.6激酶活性環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在S-硫巰基化修飾狀態(tài)下，位于激酶活性環(huán)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵磷酸化位點(diǎn)S175會(huì)接近ATP-γ-phosphate基團(tuán)傳遞位點(diǎn)D140，導(dǎo)致γ-phosphate基團(tuán)傳遞效率提高，最終積極調(diào)控SnRK2.6的分子內(nèi)磷酸化能力。

 

　　SnRK2.6激酶蛋白是植物干旱響應(yīng)關(guān)鍵調(diào)控蛋白。通過(guò)蛋白質(zhì)翻譯后修飾調(diào)控其活性，進(jìn)而提高植物干旱抗性具有重要的科學(xué)意義。更重要的是，硫化氫供體NaHS價(jià)格便宜，容易獲取，水溶性良好易于被植物吸收?？梢酝ㄟ^(guò)葉片施肥的方式，以較低的生長(zhǎng)調(diào)控成本提高植物抗旱性。因此，該研究成果具有潛在的市場(chǎng)需求和實(shí)用價(jià)值。

 

　　研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金，陜西省自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052（21）00268-9