景杰生物 | 报道

植物可识别入侵的病原体并启动一系列防御反应，包括活性氧 (ROS) 水平的增加。ROS不仅可作为信号分子激活免疫信号通路，更重要的是它还通过影响内环境氧化压力水平影响蛋白质半胱氨酸的氧化修饰 (oxPTM) 水平[1]。氧化还原修饰通过调节转录因子、代谢酶的活性和表观修饰调控细胞内稳态。因此，阐明ROS诱导的氧化修饰对于破译植物免疫中的氧化还原信号通路至关重要。

近日，华中农业大学郑露团队在植物领域知名学术期刊Plant Communications (IF=8.625) 上发表题为“Comparative oxidation proteomics analyses suggest redox regulation of cytosolic translation in rice leaves upon Magnaporthe oryzae infection”[2] 的研究论文。该文章运用TMT标记的氧化修饰组学技术首次全面系统地绘制了植物响应病原菌侵染的蛋白氧化修饰谱。研究结果揭示稻瘟菌侵染后ROS升高，导致水稻叶片中核糖体蛋白的氧化修饰水平上调，最终增加了细胞质核糖体的翻译效率以增强水稻抗性。景杰生物为该研究提供了氧化修饰组学分析。

1 水稻叶片的半胱氨酸氧化修饰图谱分析

研究团队运用iodo-TMT标记定量蛋白质组学方法对水稻叶片的半胱氨酸氧化修饰水平进行系统性分析，共鉴定到2275种蛋白上的3362个氧化修饰位点。这些蛋白质中的绝大多数都有一个氧化的 C 残基，并且在 C 氧化位点周围发现了特定的共有氨基酸基序。氧化蛋白的亚细胞定位、相互作用网络分析和功能注释进一步阐明氧化修饰的潜在功能。氧化修饰蛋白大多定位在叶绿体和细胞质中，相关功能主要富集在基因表达、肽生物合成、应激反应、ROS代谢和翻译等途径。总之研究结果极大地扩展了半胱氨酸上氧化修饰的认识，并验证了之前对氧化敏感蛋白的研究。

图1 水稻叶片的氧化位点分析

2 稻瘟菌侵染的蛋白质氧化修饰组学分析

为了检测稻瘟菌侵染是否影响蛋白氧化修饰，作者对侵染叶片和对照叶片进行了氧化修饰组学分析。研究发现稻瘟菌侵染后，438种蛋白上512个位点的氧化修饰水平明显上升。稻瘟菌处理导致的修饰水平改变与H2O2处理的叶片中修饰改变一致，表明侵染叶片中蛋白质的高氧化修饰水平由ROS爆发导致。亚细胞定位分析表明侵染过程中超氧化蛋白的功能，侵染后细胞质中氧化修饰蛋白增加最多，因此细胞质中的氧化修饰蛋白可能是稻瘟菌侵染应答的关键。GO富集分析表明，氧化修饰蛋白在翻译、肽生物合成过程和肽代谢过程中富集，这表明氧化修饰可能参与稻瘟菌侵染期间水稻翻译过程的调节。

图2 稻瘟菌侵染后水稻叶片蛋白质氧化修饰水平增加

3 稻瘟菌侵入后核糖体蛋白氧化修饰水平增加，促进了胞质核糖体翻译

研究发现稻瘟菌侵入导致核糖体蛋白氧化增加，揭示了叶片中33种核糖体蛋白和17种翻译因子的氧化修饰水平上升。核糖体印记测序 (Ribo-Seq) 分析表明，核糖体蛋白氧化修饰水平的增加促进了大量参与防卫反应的mRNA的翻译效率，进而增强水稻免疫。即植物细胞除转录调控外，更重要通过翻译调控来快速响应植物病原体入侵的变化。为了进一步验证该假设，作者还分析了正常叶片和侵染叶片的蛋白质组学数据，结果显示侵染叶片的总体蛋白质水平高于正常叶片，300种蛋白质水平显著上调，进一步证实了该假设。

图3 稻瘟菌侵染后水稻叶片核糖体蛋白氧化修饰水平增加

综上所述，该研究首次全面系统的描绘了植物响应病原菌侵染的蛋白氧化修饰谱，阐明了核糖体蛋白的氧化修饰通过促进胞质核糖体翻译效率以增强水稻抗性的机制。研究结果增加了对植物-病原互作的认识，为蛋白质氧化还原研究和分子育种提供了宝贵的资源。

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参考文献

1. Topf U, Suppanz I, Samluk L, et al. 2018. Quantitative proteomics identifies redox switches for global translation modulation by mitochondrially produced reactive oxygen species. Nature Communications.

2.  Chen X, Xu Q, Yue Y, et al. 2023. Comparative oxidation proteomics analyses suggest redox regulation of cytosolic translation in rice leaves upon Magnaporthe oryzae infection. Plant Communications. 

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