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　　植物是環(huán)境中重金屬的主要接觸者和傳輸者，解析植物對重金屬的耐受和轉運機制對于通過分子育種應對環(huán)境重金屬污染具有重要意義：一方面，可以培育重金屬低富集作物品種以保證食物安全；另一方面，可以培育重金屬超富集植物資源通過植物提取去除環(huán)境中的重金屬。轉錄組學、代謝組學和蛋白質(zhì)組學等技術是研究植物響應重金屬脅迫機制的常用手段，但這些技術只能從基因、代謝物和蛋白質(zhì)的豐度變化上理解其對植物響應重金屬的調(diào)控作用。蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTM）是一種有效調(diào)控蛋白質(zhì)結構、功能、定位、活性和互作的生物學機制。目前，已在生物體中發(fā)現(xiàn)超過200種PTM類型，但許多PTM在植物體中的功能和作用機制都不清楚。 

　　中國科學院昆明植物研究所的研究人員在通過轉錄組學和蛋白質(zhì)組學聯(lián)合分析蔓菁對重金屬鎘（Cd）脅迫的響應機制中發(fā)現(xiàn)乙?；D移酶/去乙?；?/span>酶的表達顯著受到Cd脅迫的影響（Li et al., 2021, Environmental Science and Pollution Research, https://doi.org/10.1007/s11356-020-11454-z），表明相關蛋白質(zhì)翻譯后修飾可能參與調(diào)控植物對Cd的響應。由于發(fā)生在蛋白質(zhì)賴氨酸（K）上的?；揎棧ㄈ缫阴；?、琥珀?；?、巴豆?；龋┩ǔ４嬖?/span>crosstalk（有共同的調(diào)控基因），研究人員通過Western blot檢測了蔓菁幼苗在Cd脅迫下的乙酰化、琥珀酰化和巴豆?；揎椝?，發(fā)現(xiàn)3種?；揎椂紝?/span>Cd脅迫有響應，其中琥珀酰化修飾（在琥珀酰輔酶A的介導下將一個負電荷四碳琥珀?；D移到賴氨酸殘基的伯胺上的過程）水平變化更為明顯。為了探究琥珀?；揎椩诼柬憫?/span>Cd脅迫中的功能，研究人員利用對照組和Cd處理組蔓菁材料進行了定量琥珀?；揎椊M學分析。 

　　研究結果總共鑒定到256個蔓菁蛋白質(zhì)上的547個琥珀?；揎椢稽c，這些琥珀?；揎椀牡鞍踪|(zhì)定位在不同細胞組分并參與植物的各種生物學過程。在Cd（20 μM）處理8小時后，檢測到8個蛋白質(zhì)上的9個琥珀?；稽c的修飾強度發(fā)生顯著變化（P < 0.05），這些差異的琥珀?；揎椢稽c在十字花科植物中十分保守并且絕大多數(shù)位點都處在蛋白質(zhì)的核心結構域上（圖1），暗示這些琥珀?；揎椢稽c對蛋白質(zhì)的功能可能具有重要影響。 

　　研究還發(fā)現(xiàn)3個差異琥珀?；揎椢稽c發(fā)生在調(diào)控過氧化氫（H₂O₂）代謝和谷胱甘肽（GSH）代謝（植物對重金屬解毒的2個重要過程）的3個關鍵酶上（圖2）：乙醇酸氧化酶（glycolate oxidase：K150位點下調(diào)）和過氧化氫酶（catalase 3：K396位點上調(diào)）分別調(diào)控H₂O₂的生成和降解，谷胱甘肽S-轉移酶（glutathione S-transferase：K197位點下調(diào)）催化GSH和Cd離子結合。由于3種酶的活性在Cd脅迫下也發(fā)生顯著變化（圖2），推測3個差異琥珀?；揎椢稽c可能通過調(diào)控相應蛋白質(zhì)的活性增強蔓菁對Cd脅迫的耐受性。 

　　該研究首次報道蛋白質(zhì)琥珀?；揎梾⑴c植物響應重金屬脅迫，為解析植物耐受和轉運重金屬的機制提供了新的視角和參考，研究結果以Quantitative Succinyl-Proteome Profiling of Turnip (Brassica rapa var. rapa) in Response to Cadmium Stress為題發(fā)表在MDPI旗下SCI期刊Cells上。李雄博士為論文的第一作者，楊永平研究員和許建初研究員為論文的共同通訊作者，研究得到了中國科學院青年創(chuàng)新促進會（2020387）和國家自然科學基金（31800226）的支持。 

　　文章鏈接

圖1 差異琥珀酰化修飾位點在十字花科植物中的保守性和在蛋白質(zhì)序列上的位置信息。 

圖2 差異琥珀酰化修飾蛋白質(zhì)參與的生化反應過程和H₂O₂和GSH代謝中的關鍵酶活性或產(chǎn)物含量。