Science | 抗逆突破！泛素化介導葉綠體蛋白降解新途徑

瀏覽次數(shù)：5139　發(fā)布日期：2019-5-7　

為了應對全球氣候變化帶來的頻繁逆境脅迫，全面而清晰地了解植物面對脅迫反應的不同調(diào)控機制具有重要的意義。在植物抗逆研究中，研究發(fā)現(xiàn)非生物脅迫會抑制植物的光合作用，影響葉綠體的穩(wěn)定性并誘導葉綠體的降解，葉綠體降解進而會引發(fā)植物早衰，最終影響作物產(chǎn)量。

葉綠體是為植物提供能量來源的重要細胞器。植物葉綠體內(nèi)部蛋白的周轉(zhuǎn)通過原核生物類型的蛋白酶（proteases）調(diào)節(jié)，而外膜蛋白則由葉綠體中的E3連接酶SP1介導的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解，用于響應發(fā)育和環(huán)境的信號，然而目前為止對于其中的機制尚不清楚。

2019年2月22日，Science 雜志發(fā)表了英國牛津大學植物系Paul Jarvis教授團隊研究成果“Ubiquitin-dependent chloroplast-associated protein degradation in plants”，他們發(fā)現(xiàn)了一個新的負責降解外膜蛋白的葉綠體蛋白降解系統(tǒng)- CHLORAD (chloroplast-associated protein degradation)。

中科新生命

Ubiquitin-dependent chloroplast-associated protein degradation in plants

Science. 2019 Feb 22;363(6429).

IF=41.058

論文鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/363/6429/eaav4467

研究人員利用正向遺傳學篩選和蛋白組學分析發(fā)現(xiàn)了兩個重要組分（SP2和CDC48），它們協(xié)同工作并負責對底物的逆向轉(zhuǎn)運，以便底物被胞質(zhì)中的蛋白酶體降解。具體而言（圖1），SP1 E3連接酶指導靶標蛋白的泛素化（Ub）。SP2和CDC48蛋白質(zhì)中間體靶向逆向轉(zhuǎn)運至胞質(zhì)溶膠，分別為該過程提供導管和驅(qū)動力。釋放到胞質(zhì)溶膠后，靶標蛋白被26S蛋白酶體降解（26SP）。

圖1. 泛素化依賴的葉綠體相關(guān)蛋白質(zhì)降解示意圖

這是首次報道的系統(tǒng)性地從葉綠體輸出個體蛋白的生化途徑，而且不同于以往報道的蛋白轉(zhuǎn)運過程（由胞質(zhì)向葉綠體的蛋白轉(zhuǎn)運），它是逆向進行的。此外，該項研究人員還發(fā)現(xiàn)，通過操控CHLORAD途徑可以改變植物對逆境的耐受性，表明CHLORAD參與調(diào)控植物逆境反應。因此，該研究結(jié)果可為提升作物抗逆性能提供新的理論基礎(chǔ)，意義重大。

小編語

近些年，植物抗逆研究領(lǐng)域有越來越多的研究借助組學技術(shù)作為發(fā)現(xiàn)新調(diào)控機制的突破口，比如，本文在尋找調(diào)控TOC復合體的組分的過程中，就借助了蛋白組學技術(shù)。此外，該機制研究還充分說明了泛素化-蛋白酶體降解在植物抗逆中的重要作用，而利用修飾組學進行植物抗逆研究也是發(fā)文“亮點”。

具體請參考：

【修飾專欄】植物逆境研究中的翻譯后修飾組最新報道

再談經(jīng)典——Nature Genetics：泛素化修飾與脅迫

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