植物蛋白質(zhì)翻譯后修飾組學(xué)研究進(jìn)展

劉靜 李亞超 周夢巖 吳鵬飛，2 馬祥慶，2 李明，2

（1. 福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福州 350002；2. 福建省杉木種質(zhì)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化工程研究中心，福州 350002）

植物細(xì)胞主要通過蛋白質(zhì)行使其復(fù)雜的生理功能，而蛋白質(zhì)修飾是植物蛋白質(zhì)組多樣性的關(guān)鍵機(jī)制。蛋白質(zhì)翻譯后修飾（Protein post-translational modification，PTMs）主要通過在氨基酸側(cè)鏈、蛋白質(zhì)的C或N末端共價結(jié)合一些化學(xué)小分子基團(tuán)，通過修飾現(xiàn)有的功能基團(tuán)或引入新的基團(tuán)來擴(kuò)展20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸的化學(xué)修飾和性質(zhì)［1］，從而精細(xì)調(diào)控蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能、定位、活性和蛋白質(zhì)間的相互作用［2］。PTMs的發(fā)生賦予了同一種蛋白質(zhì)的多種生物學(xué)功能，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的表達(dá)水平即使沒有發(fā)生改變，但經(jīng)過翻譯后修飾的蛋白質(zhì)功能發(fā)生顯著變化。迄今為止，Uniprot數(shù)據(jù)庫（http：//www.uniprot.org/docs/ptmlist）收錄了約461種的PTMs，目前發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)大部分都可發(fā)生翻譯后修飾，同一個蛋白質(zhì)還可以單獨或同時發(fā)生多種翻譯后修飾，從而極大地豐富了蛋白質(zhì)的種類和功能。

研究發(fā)現(xiàn)，植物體內(nèi)普遍存在著磷酸化、乙?；?、巴豆酰化、琥珀?；?、丁?；?、泛素化、糖基化、S-亞硝基化和丙酰化等PTMs類型，這些PTMs參與了植物蛋白質(zhì)合成降解、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、信號識別轉(zhuǎn)導(dǎo)、代謝調(diào)控、生物與非生物脅迫響應(yīng)等各種代謝過程。對植物響應(yīng)非生物脅迫的ABA信號調(diào)節(jié)過程研究表明，蛋白質(zhì)磷酸化修飾通過激酶的磷酸化來激活介導(dǎo)氣孔開閉或脅迫應(yīng)激相關(guān)靶蛋白功能，從而廣泛參與ABA受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；而泛素化修飾則通過泛素-蛋白酶體對一些關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的降解來調(diào)控ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中關(guān)鍵組分的時空表達(dá)［3］。植物面對病原菌的脅迫時，植物免疫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)很大程度上依賴于PTMs來誘導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的快速改變，以實現(xiàn)適合病原體類型和感染壓力的反應(yīng)［4］。植物病原微生物互作過程中，多種病原微生物通過干擾宿主蛋白的磷酸化狀態(tài)攻擊免疫系統(tǒng)，以提高其致病性［5］。此外，蛋白質(zhì)的泛素化修飾可以調(diào)節(jié)質(zhì)膜的蛋白質(zhì)豐度和定位使植物適應(yīng)變化的環(huán)境，糖基化能調(diào)控蛋白質(zhì)的折疊和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的質(zhì)量控制，乙酰化修飾也被證明廣泛參與植物種子、根、花等器官的發(fā)育和器官生長過程中的細(xì)胞增殖［6-7］。近年來，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)修飾組學(xué)研究取得了較大突破，越來越多的PTMs類型的發(fā)現(xiàn)極大地豐富了人們對植物生物學(xué)過程和調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識。表1列出了Plant PTM Viewer網(wǎng)站（https：//www.psb.ugent.be/webtools/ptmviewer/index.php）所統(tǒng)計植物中103480個蛋白質(zhì)中存在的430387個PTMs（截至2020年7月）。本文將主要結(jié)合PTMs的功能結(jié)構(gòu)、生理機(jī)制和熱點應(yīng)用等方面介紹近年來磷酸化、乙?；?、琥珀?；⑻腔?、泛素化、巴豆?；-亞硝基化、2-羥基異丁酰化等PTMs研究進(jìn)展，旨在為認(rèn)識植物中PTMs的關(guān)鍵生物學(xué)功能和研究前景提供參考。

表1 植物蛋白質(zhì)翻譯后修飾統(tǒng)計

1 常見的蛋白質(zhì)翻譯后修飾

1.1 磷酸化修飾

磷酸化是植物體內(nèi)最常見的PTM，主要通過蛋白激酶和磷酸酶的作用在特定絲氨酸（Ser）、蘇氨酸（Thr）和酪氨酸（Tyr）的羥基上添加或去除一個或多個磷酸基團(tuán)，進(jìn)而有效地改變底物蛋白的結(jié)構(gòu)和活性［8］，從而參與植物溫度脅迫、鹽脅迫、干旱脅迫、養(yǎng)分脅迫和激素調(diào)控等大多數(shù)代謝和生理途徑。

Mizoi等［9］研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥負(fù)調(diào)控域（Negative regulatory domain，NRD）中的Ser/Thr在非生物脅迫下被磷酸化，且它們的磷酸化程度隨著熱響應(yīng)程度的增加而降低，這種磷酸化可能是由酪蛋白激酶1介導(dǎo)的，對于在非脅迫下脫水反應(yīng)元件結(jié)合蛋白2A（DREB2A）的NRD依賴性蛋白酶體降解至關(guān)重要。類似地，冷處理下擬南芥幼苗中的絲裂原活化蛋白激酶（MEKK1）被Ca2+/鈣調(diào)蛋白調(diào)控的受體樣激酶（CRLK1）磷酸化，同時有絲分裂原活化蛋白激酶2（MKK2）被MEKK1磷酸化［10］。除磷酸化修飾外，在擬南芥中也存在去磷酸化修飾，Yu等［11］在擬南芥中發(fā)現(xiàn)一類新型絲/蘇氨酸蛋白磷酸酶PP6（Protein phosphatase 6），其能夠拮抗性地調(diào)控蛋白質(zhì)的磷酸化修飾，從而以去磷酸化修飾的形式調(diào)節(jié)生長素的極性運(yùn)輸，并能抑制擬南芥的光形態(tài)建成。Pi等［12］比較了鹽脅迫下大豆耐鹽品種（Wenfeng07）和鹽敏感品種（Union85140）幼苗根部的磷酸化蛋白質(zhì)組和蛋白質(zhì)組學(xué)水平變化，鑒定出1163個磷酸化位點存在差異，確認(rèn)了89個差異表達(dá)蛋白的表達(dá)模式，提出一種主要由磷酸化的MYB轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的查爾酮代謝途徑的耐鹽機(jī)制，該途徑涉及查爾酮代謝。常麗麗等［13］在干旱脅迫下的木薯葉片中（Manihot esculenta）鑒定出28個磷酸化蛋白點在葉片中的表達(dá)豐度發(fā)生顯著變化。其中大部分參與光合作用的蛋白積累量在干旱脅迫后顯著降低，而參與能量代謝、碳代謝、脅迫與防御、轉(zhuǎn)錄翻譯等途徑的大部分蛋白質(zhì)積累量則明顯升高。

在養(yǎng)分脅迫下，蛋白質(zhì)的磷酸化修飾也參與植物根系生長、激素分泌和養(yǎng)分循環(huán)等脅迫應(yīng)激響應(yīng)。對磷脅迫下的水稻研究發(fā)現(xiàn)，缺磷導(dǎo)致554個蛋白的磷酸化水平發(fā)生顯著性改變，其中546個蛋白的磷酸化水平降低，8個蛋白磷酸化水平升高，且磷酸化差異蛋白主要集中在RNA加工、轉(zhuǎn)運(yùn)、剪切、翻譯以及碳代謝通路中。利用磷酸化位點基序分析發(fā)現(xiàn)，絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase，MAPK）、酪蛋白激酶2（CK2）和鈣依賴性蛋白激酶（Calcium-dependent protein kinases，CDPK）底物分別占磷酸化差異蛋白質(zhì)的54.4%、21.5%和4.7%，表明磷酸化蛋白譜的修飾是磷素饑餓誘導(dǎo)過程中的重要應(yīng)答機(jī)制［14］。在氮脅迫下，擬南芥中NADPH/NADPC和ATP/AMP比值的增加，導(dǎo)致腺苷磷酸活化蛋白激酶（AMPK）的活性以及核隱花色素1蛋白的磷酸化和豐度發(fā)生變化［15］。對擬南芥生長素生物合成酶的潛在蛋白修飾研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥氨轉(zhuǎn)移酶（TAA1）在蘇氨酸101處被磷酸化，可調(diào)節(jié)生長素的生物合成，并且適當(dāng)調(diào)節(jié)根分生組織大小和根毛的發(fā)育［16］。磷酸化在植物免疫調(diào)控中也發(fā)揮重要作用。Wang等［17］從2個粳稻品種Ningjing1和Yun2273的雜交后代中分離出穩(wěn)定的天然突變體CDS1，研究發(fā)現(xiàn)CDS1編碼水稻的一種環(huán)核苷酸門控通道蛋白OsCNGC9，其與分子模式觸發(fā)免疫（Pattern-triggered immunity，PTI）相關(guān)的受體樣細(xì)胞質(zhì)激酶OsRLCK185發(fā)生物理作用并磷酸化從而激活Ca2+通道活性觸發(fā)植物免疫響應(yīng)。

1.2 乙?；揎?/h3>

乙酰化是由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（Histone/Lysine acetyltransferase，HATs）和組蛋白去乙?；福℉istone/Lysine deacetylase，HDACs）控制的一種蛋白質(zhì)修飾類型，主要有N-端乙?；唾嚢彼嵋阴；?種類型。N-端乙?；峭ㄟ^結(jié)合核糖體的乙酰基轉(zhuǎn)移酶的催化將乙酰輔酶A的乙?；D(zhuǎn)移至正在合成的多肽鏈上，同時除去N-端的甲硫氨酸，通常是不可逆的單向乙?；揎楊愋?。賴氨酸乙酰化是通過細(xì)胞質(zhì)酶催化作用在細(xì)胞核內(nèi)組蛋白內(nèi)部賴氨酸殘基上添加乙?；揎椈鶊F(tuán)，其通常是可逆的乙?；c去乙酰化反應(yīng)過程。

乙?；揎椫饕獏⑴c植物光合作用、器官生長發(fā)育、脅迫響應(yīng)等過程。Zhang等［18］通過對普通小麥（Triticum aestivum）品種中國春進(jìn)行蛋白質(zhì)乙?；揎椊M學(xué)分析，在277個蛋白質(zhì)上鑒定出416個賴氨酸修飾位點，其中26個乙酰化蛋白參與光合作用和卡爾文循環(huán)，并可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)間的相互作用。擬南芥乙酰轉(zhuǎn)移酶GCN5可以與亮氨酸拉鏈類的轉(zhuǎn)錄因子HY5蛋白互作，募集GCN5到光響應(yīng)基因（PhANGs）和葉綠素合成相關(guān)基因（CBGs）的啟動子上，誘導(dǎo)H3K9ac及H3K27ac位點處的組蛋白發(fā)生乙?；揎棧M(jìn)而促進(jìn)這些基因的表達(dá)來增強(qiáng)植物葉綠素的生物合成［19］。對水稻減數(shù)分裂時期的花藥研究發(fā)現(xiàn)，花藥中的676個蛋白中具有1354個賴氨酸乙?；稽c，賴氨酸乙酰化蛋白主要參與刺激反應(yīng)、代謝酶活性、輔因子結(jié)合和細(xì)胞成分［20］。Xue等［21］在水稻幼苗的866個蛋白質(zhì)中鑒定出1353個乙?；稽c，其中45%的蛋白定位在葉綠體上，組蛋白H3、賴氨酸27和36的乙?；矫黠@在冷脅迫下增加。當(dāng)水稻在黑暗和淹水條件下，95%以上的賴氨酸乙?；瘶?biāo)記的蛋白都有賴氨酸巴豆?；唾嚢彼岫□；瘶?biāo)記，水稻組蛋白賴氨酸乙?；王；谋壤墉h(huán)境和代謝信號的動態(tài)調(diào)節(jié)，這可能是微調(diào)表觀遺傳控制植物適應(yīng)環(huán)境變化的機(jī)制［22］。植物被病原體感染會觸發(fā)宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的分子干擾，一些病原體可以直接在宿主細(xì)胞內(nèi)傳遞編碼乙酰轉(zhuǎn)移酶的效應(yīng)分子，以修飾特定宿主蛋白的乙?；鐢M南芥HOOKLESS1（HLS1）可以通過靶基因座染色質(zhì)上的組蛋白乙?；{(diào)節(jié)植物對病原體和脫落酸的反應(yīng)，疫霉菌（Phytophthora）效應(yīng)因子PsAvh23能夠減弱寄主植物組蛋白H3K9的乙酰化修飾，從而使寄主植物防衛(wèi)基因表達(dá)量下降［23］。

1.3 琥珀?；揎?/h3>

琥珀?；窃谘芯看竽c桿菌中參與蛋氨酸合成第一步的高絲氨酸轉(zhuǎn)琥珀酰酶（Homoserine transsuccinylase，HTS）時發(fā)現(xiàn)的，是琥珀?；w通過酶學(xué)等方式將琥珀酰基團(tuán)共價結(jié)合到賴氨酸殘基的過程［24］。在水稻、小麥、茶樹（Camellia sinensis）等植物的不同部位、不同生長時期都會表現(xiàn)出琥珀?；揎?。Meng等［25］在水稻種子鑒定出347個蛋白上的854個琥珀?；揎椢稽c，且琥珀?；揎椀鞍自趹?yīng)激響應(yīng)、能量代謝、貯存蛋白等功能或通路中存在顯著富集，其中在淀粉合成通路中存在大量的琥珀?；揎椧约捌渌；揎棧C明了琥珀?；揎椩诜N子發(fā)育的淀粉合成中的重要性。Zhang等［26］對普通小麥賴氨酸琥珀?；M(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在173個蛋白質(zhì)中有琥珀?；揎椢稽c330個，修飾后的蛋白質(zhì)分布在多個亞細(xì)胞區(qū)室中，參與光合作用和卡爾文循環(huán)等多種生物過程。“安吉白茶”中的2132個蛋白質(zhì)中有3530個賴氨酸琥珀?；稽c，通過對其3個典型發(fā)育階段的比較，發(fā)現(xiàn)具有不同琥珀?；降牡鞍踪|(zhì)主要參與光合作用、碳固定、氨基酸和卟啉的生物合成以及葉綠素代謝［27］。Yuan等［28］在山核桃（Carya cathayensis）中鑒定出202個蛋白質(zhì)中的259個琥珀?；稽c。對其2個嫁接階段的比較，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)的琥珀?；鞍字饕婕疤谴x、固碳、氨基酸代謝和植物與病原菌的相互作用。此外，還發(fā)現(xiàn)7個具有11個琥珀酰化位點的熱休克蛋白，這些蛋白在接枝過程中均呈上調(diào)表達(dá)。

1.4 糖基化修飾

糖基化是蛋白質(zhì)分子在特定的糖苷轉(zhuǎn)移酶作用下，以共價鍵（N-糖苷鍵或O-糖苷鍵）形式連接糖基分子形成糖蛋白的過程，主要分為N-連接糖基化、O-連接糖基化、糖基磷脂酰肌醇（Glycosylphosphatidylinositol，GPI）、蛋白聚糖以及O-連接的N-乙酰葡萄糖胺（O-GlcNAc）等幾種形式［29］。其中，N-糖基化是最常見的PTM，是蛋白質(zhì)進(jìn)入分泌途徑的關(guān)鍵［30］。糖基化修飾在植物中參與了信號傳遞、光合作用、花期調(diào)控、細(xì)胞壁合成、抗病防御等多種生物學(xué)過程。

Ying等［31］在水稻胚中共鑒定出191個獨特蛋白的242個糖基化位點，其中N-糖基化通過調(diào)節(jié)碳水化合物的代謝而參與了胚萌發(fā)，且糖基化介導(dǎo)的油菜素類固醇信號（Brassinolide，BR）可能是調(diào)控水稻胚萌發(fā)的關(guān)鍵機(jī)制。Wang等［32］在水稻葉片中發(fā)現(xiàn)N-糖基化發(fā)生在與多種生物過程有關(guān)的蛋白質(zhì)上，尤其是光合作用和碳代謝。Xing等［33］研究揭示了擬南芥O-GlcNAc糖基化介導(dǎo)表觀遺傳修飾調(diào)控開花的機(jī)制，O-GlcNAc轉(zhuǎn)移酶SEC可以直接催化組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶ATX1使其獲得O-GlcNAc修飾，并建立組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的O-GlcNAc修飾參與植物發(fā)育過程的新功能。此外，擬南芥UDP-糖基轉(zhuǎn)移酶UGT76F1，可通過生長素的主要前體IPyA糖基化以光和溫度依賴性方式調(diào)節(jié)活性生長素水平來介導(dǎo)下胚軸生長［34］。小黑楊樹葉芽和花芽中存在與細(xì)胞壁合成、代謝、氧化還原、蛋白水解等多種功能相關(guān)的糖基化蛋白，且89%的是N-糖基化修飾［35］。

Chen等［36］對模式病原真菌稻瘟菌營養(yǎng)菌絲、分生孢子以及附著胞各階段的N-糖基化蛋白進(jìn)行鑒定和比較，發(fā)現(xiàn)355個蛋白中具有559個N-糖基化位點。其可以通過修飾不同類別的靶標(biāo)蛋白進(jìn)而協(xié)調(diào)菌絲、分生孢子以及附著胞分化等不同生物學(xué)發(fā)育過程。在N-糖基化修飾的靶標(biāo)蛋白中包含許多參與N-糖基化、O-糖基化以及GPI錨定修飾等過程的關(guān)鍵蛋白，表明3種糖基化修飾之間存在相互協(xié)同的現(xiàn)象。同時，GPI錨定可通過影響細(xì)胞壁的完整性和逃避宿主免疫識別，促進(jìn)稻瘟病菌向宿主細(xì)胞的滲透［37］。N-糖基化修飾在稻瘟菌致病過程中也發(fā)揮著重要功能，可以通過修飾稻瘟菌效應(yīng)蛋白Slp1來逃避寄主免疫反應(yīng)［38］。

1.5 泛素化修飾

泛素化是一種常見的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，是指一個或多個泛素分子（Ubiquitin）在一系列特殊酶的作用下，將細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)分類，從中選出靶蛋白分子，并對其進(jìn)行特異性修飾的過程。其根據(jù)連接泛素的數(shù)量和方式可分為單泛素化、多泛素化和多聚泛素化。擬南芥中泛素化涉及的蛋白約占總蛋白的5%，在植物的生長過程中發(fā)揮著非常廣泛而重要的作用［39］。泛素化修飾已被證明參與植物脅迫響應(yīng)、物質(zhì)代謝和種子萌發(fā)等過程。

研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥Lys-63（K63）多泛素化修飾依賴于泛素結(jié)合酶UBC35/36，并鑒定到13個參與K63多泛素化修飾的E3連接酶及近400個含有K63多泛素修飾的底物蛋白，Romero-Barrios等［40］還以此構(gòu)建了擬南芥K63多泛素修飾的網(wǎng)絡(luò)。揭示了K63多泛素修飾通過調(diào)控生物及非生物脅迫響應(yīng)、物質(zhì)代謝、微管運(yùn)輸、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、染色體結(jié)構(gòu)和RNA剪切等過程影響擬南芥的生長發(fā)育。干旱脅迫下，在茶葉中鑒定出781個蛋白中的1409個賴氨酸泛素化位點，其中12個蛋白中的14個位點上調(diào)，91個蛋白中的123個位點下調(diào)，表明大量泛素化蛋白參與了茶葉中的代謝途徑，包括泛素介導(dǎo)的蛋白水解、兒茶素的生物合成、碳水化合物和氨基酸代謝［41］。He等［42］通過去泛素化酶抑制劑PR-619處理萌芽過程的水稻去皮種子，結(jié)果顯示PR-619顯著提高泛素化修飾水平并抑制種子的萌發(fā)，表明泛素化修飾在種子萌發(fā)過程中具有重要的生物學(xué)功能。Guo等［43］通過研究矮牽牛蛋白質(zhì)組和泛素組及其之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在乙烯處理16 h后的矮牽?；ü谥泄灿?270個泛素化位點，其中320個泛素化位點上調(diào)，127個泛素化位點下調(diào)，表明矮牽牛在乙烯介導(dǎo)的花冠衰老過程中總體泛素化水平增加。

低磷脅迫下，泛素化修飾可以調(diào)控植物根系磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白PHT1和PHO1活性、穩(wěn)定性和亞細(xì)胞定位，從而調(diào)控植物根系在不同磷濃度下的磷轉(zhuǎn)運(yùn)活動，還可以通過對磷信號通路關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子及其互作蛋白的泛素化修飾來啟動或關(guān)閉下游磷饑餓誘導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)，并通過泛素化或SUMO化修飾來調(diào)控植物低磷脅迫下的糖代謝、氮代謝或者激素代謝等過程［44］。Suen等［45］研究了去泛素化酶OTU5在植物根系缺磷脅迫響應(yīng)中的關(guān)鍵作用，發(fā)現(xiàn)OTU5表達(dá)缺失促進(jìn)了植物根毛增加并抑制主根生長，其可能位于植物磷信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的下游，通過維持氧化還原平衡和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)來參與低磷脅迫下的信號響應(yīng)。泛素化在植物抗病中也發(fā)揮著重要的作用。胡婷麗等［46］總結(jié)了有關(guān)泛素化在植物抗病反應(yīng)中的功能及作用機(jī)制，認(rèn)為許多E3泛素連接酶參與調(diào)控植物的抗病性，其泛素化靶標(biāo)蛋白可介導(dǎo)抗病信號途徑的傳導(dǎo)，甚至一些病原物效應(yīng)蛋白也在其宿主細(xì)胞中起E3泛素連接酶的作用，并以此來干擾植物抗病反應(yīng)。

1.6 巴豆?；揎?/h3>

Tan等［47］新發(fā)現(xiàn)的一種進(jìn)化保守的?；揎棥嚢彼岚投辊；?，主要發(fā)生在組蛋白的賴氨酸殘基且主要分布在活躍基因的啟動子區(qū)域或潛在增強(qiáng)子區(qū)域的組蛋白上，廣泛參與基因的啟動、激活與表達(dá)，從而調(diào)控植物的生理過程。

目前賴氨酸巴豆?；谒?、煙草和茶葉等植物中有報道。Liu等［48］在水稻幼苗的690種蛋白質(zhì)上鑒定出1265個賴氨酸巴豆?；稽c。其中，有51%的賴氨酸巴豆?；鞍孜挥谌~綠體，且賴氨酸巴豆?；揎椀某潭扰c基因區(qū)域的基因表達(dá)呈正相關(guān)。Sun等［49］在煙草中鑒定出2044個巴豆?；揎椢稽c，分布在637個蛋白上，其中72個蛋白參與了光合作用以及多個代謝途徑，如碳代謝、檸檬酸循環(huán)、糖酵解、氨基酸生物合成等。大量的巴豆?；鞍淄ㄟ^泛素-蛋白酶體系統(tǒng)參與了蛋白質(zhì)的生物合成、折疊和降解。Sun等［50］對銨態(tài)氮脅迫和恢復(fù)供應(yīng)銨態(tài)氮前后的茶樹葉片進(jìn)行蛋白質(zhì)組分析，發(fā)現(xiàn)茶樹葉片中的971種蛋白質(zhì)上存在2288個賴氨酸巴豆?；揎椢稽c，其中大多數(shù)賴氨酸巴豆酰化修飾蛋白位于葉綠體和細(xì)胞質(zhì)中。與銨態(tài)氮缺乏相比，在恢復(fù)供應(yīng)銨態(tài)氮3 h和3 d分別有120和151個賴氨酸巴豆酰化修飾蛋白差異表達(dá)。對番木瓜果實的整體巴豆?；揎椀鞍踪|(zhì)組分析，發(fā)現(xiàn)2120個蛋白質(zhì)中存在5995個賴氨酸巴豆?；稽c，且主要富集到與抗生素的生物合成、碳代謝、氨基酸的生物合成和糖酵解等代謝通路。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了40種與氨基酸代謝途徑有關(guān)的巴豆?；福沂玖似湓谡{(diào)節(jié)氨基酸代謝中具有潛在的保守功能［51］。

1.7 S-亞硝基化修飾

一氧化氮（NO）是所有生物體內(nèi)調(diào)節(jié)多種生物過程的重要信號分子，其主要生理功能是通過蛋白質(zhì)S-亞硝基化來實現(xiàn)的，S-亞硝基化是具有可逆性的以氧化還原為基礎(chǔ)的PTM，是NO基團(tuán)共價連接至靶蛋白特定半胱氨酸殘基的自由巰基從而形成S-亞硝基硫醇（SNO）的過程［52］。S-亞硝基化修飾廣泛存在于各有機(jī)體中，主要調(diào)控植物的生長、免疫反應(yīng)、脅迫反應(yīng)、葉綠素代謝及光合作用等多種生物學(xué)過程，已成為非生物脅迫響應(yīng)中傳遞NO生物活性的主要機(jī)制［53］。

Lin等［54］鑒定出水稻中NO累積突變體noe1，發(fā)現(xiàn)noe1突變體中蛋白質(zhì)的S-亞硝基化高低對葉片細(xì)胞的死亡程度起到直接性影響作用，說明蛋白質(zhì)S-亞硝基化修飾對植物葉片細(xì)胞的死亡過程有重要影響。對擬南芥進(jìn)行一系列研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥細(xì)胞抗壞血酸過氧化物酶（Ascorbate peroxidase1，APX1）在半胱氨酸（Cys）-32的S-亞硝基化在脅迫反應(yīng)期間調(diào)節(jié)其活性，從而增強(qiáng)植物對氧化損傷的耐受性，在調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)中也起著重要作用［55］。Hu等［56］在擬南芥的926個蛋白質(zhì)中鑒定出1195個內(nèi)源的S-亞硝基化肽，其中在S-亞硝基半胱氨酸殘基的兩側(cè)有幾個含有酸性而非堿性氨基酸殘基的基序。這些S-亞硝基化蛋白參與廣泛的生物過程，并在葉綠素代謝、光合作用、碳水化合物代謝和應(yīng)激反應(yīng)中顯著富集。S-亞硝基化在植物某些器官發(fā)育中有抑制作用，Gong等［57］通過敲除番茄中S-亞硝基谷胱甘肽還原酶（S-nitrosoglutathione reductase，GSNOR）增加了內(nèi)源性NO水平和S-亞硝基化，從而提高發(fā)芽率、降低光合作用、抑制根和下胚軸的生長，導(dǎo)致果實結(jié)實率和產(chǎn)量下降。在能量代謝過程中，鑒定出395個內(nèi)源性S-亞硝基化蛋白中的554個S-亞硝基化位點，表明GSNOR介導(dǎo)的S-亞硝基化能量代謝在番茄生長發(fā)育中起關(guān)鍵作用。

1.8 2-羥基異丁?；揎?/h3>

Dai等［58］首次發(fā)現(xiàn)進(jìn)化上保守的賴氨酸2-羥基異丁酰化，并指出2-羥基異丁?；诮M蛋白中具有很高的發(fā)生頻率，能夠調(diào)節(jié)DNA纏繞的松緊程度，從而調(diào)控基因表達(dá)，在生物表觀遺傳調(diào)控上可能發(fā)揮重要作用。Yu等［59］研究發(fā)現(xiàn)，小立碗蘚（Physcomitrella patens）中3001個蛋白質(zhì)中有11976個2-羥基異丁?；稽c，這些2-羥基異丁?；揎椀牡鞍讖V泛參與了細(xì)胞代謝，并表現(xiàn)出不同的亞細(xì)胞定位。Meng等［60］在水稻種子發(fā)育過程中有效地鑒定了2512個蛋白中的9916個賴氨酸2-羥基異丁?；稽c，分析表明賴氨酸2-羥基異丁?；奢^好地靶向多種重要的生物過程，包括糖酵解/糖異生、TCA循環(huán)、淀粉生物合成、脂質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)生物合成和加工等。目前，2-羥基異丁?；谥参锓矫娴难芯窟€比較有限。

1.9 其他修飾類型

目前，對植物PTMs研究還發(fā)現(xiàn)了丁酰化、丙酰化、丙二酸化、羰基化、肉豆蔻?；刃滦托揎楊愋停@些新型修飾類型在植物上的研究還極少。丁?；且环N新型的四碳鏈組蛋白?；揎?，主要集中在水稻。水稻黑暗和淹水條件下，Lu等［22］發(fā)現(xiàn)了4個丁?；稽c（H3K14、H4K12、H2BK42和H2BK134），其可能為植物逆境誘導(dǎo)提供基因平衡，并為乙酰化基因激活提供平臺。Liu等［61］研究證明賴氨酸丁酰化主要富集在水稻基因組的基因體區(qū)域，尤其是在外顯子中，其富集水平與基因表達(dá)呈正相關(guān)，其可以促進(jìn)組織乙?；虮磉_(dá)。丙?；窃邗；D(zhuǎn)移酶的作用下催化丙?；鶊F(tuán)共價結(jié)合到底物蛋白質(zhì)賴氨酸殘基上的過程。Yang等［62］在集胞藻中發(fā)現(xiàn)丙?；揎梾⑴c光合作用和新陳代謝調(diào)控，同時揭示了可逆的丙酰化是一種功能性修飾，集胞藻具有調(diào)控光合作用和碳代謝的潛力，這種潛力同樣存在其他光合作用有機(jī)體中。

2 總結(jié)與展望

PTMs在植物體內(nèi)是普遍發(fā)生的，且一個蛋白質(zhì)會有多種PTMs位點，從而極大地豐富了植物蛋白質(zhì)的種類和功能。隨著特異性蛋白質(zhì)修飾位點檢測、純化方法和質(zhì)譜技術(shù)的不斷進(jìn)步，近年來，植物蛋白質(zhì)組中PTMs調(diào)控位點的鑒定和定量研究呈指數(shù)增長趨勢［1］。這些研究大多證明，PTMs廣泛參與到植物中以能量代謝為主的多種生理生化過程中。所以研究PTMs對揭示蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能和作用機(jī)制具有重要的意義。然而，相對于人類、動物和微生物的PTMs鑒定和藥物靶向位點開發(fā)研究，PTMs在植物中研究相對較少，且主要集中在擬南芥，水稻，小麥等模式植物中，特別是針對多種類型的PTMs以拮抗或組合的方式發(fā)揮作用的研究還極少。Cao等［63］研究發(fā)現(xiàn)毛泡桐叢枝病發(fā)生過程中蛋白質(zhì)的珀?；鸵阴；瘏f(xié)同發(fā)揮重要作用，蛋白質(zhì)的糖基化和磷酸化修飾相互作用調(diào)控小麥的開花過程，而小麥苗期鹽脅迫響應(yīng)也受到蛋白質(zhì)乙酰化和琥珀?；揎椀墓餐{(diào)控［64-65］。未來的研究除揭示新的修飾類型外，對植物不同蛋白質(zhì)修飾類型、修飾位點時空特征、功能關(guān)系、調(diào)控機(jī)制和對蛋白質(zhì)互作的影響研究是蛋白質(zhì)修飾組學(xué)研究的主要方向。

由于植物體內(nèi)同時存在各種不同類型PTMs，且PTMs可能具有定位效應(yīng)，導(dǎo)致功能的激活或失活。因此，無法直接從大規(guī)模定量PTMs數(shù)據(jù)集推斷每個PTMs事件的功能相關(guān)性。因此，目前，主要通過進(jìn)行大規(guī)模的定量蛋白質(zhì)組質(zhì)譜數(shù)據(jù)獲得修飾圖譜，再從蛋白質(zhì)修飾圖譜中選取關(guān)鍵調(diào)控蛋白進(jìn)行功能驗證。開發(fā)新型的蛋白質(zhì)修飾位點檢測和純化方法，并將定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)和靶向蛋白質(zhì)組學(xué)分析等多種技術(shù)結(jié)合起來，從而快速準(zhǔn)確的鑒定出更多PTMs位點，并建立健全不同物種PTMs位點數(shù)據(jù)庫和功能信息庫。對于深入揭示PTMs在植物表觀遺傳調(diào)控中的關(guān)鍵功能和作用機(jī)制具有重要意義。此外，由于PTMs的普遍性、多樣性和復(fù)雜性等，對其在整體水平上認(rèn)識還比較困難，所以對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了的PTMs的作用機(jī)理以及生物學(xué)意義還有待進(jìn)一步研究。最終能夠為調(diào)控植物生長發(fā)育以及控制其病害等不同脅迫提供新思路。