近日，中国热科院生物所甘蔗逆境生物学研究团队在植物蛋白质翻译后修饰研究方面取得新进展。研究系统总结了植物蛋白质翻译后修饰（post-translational modifications, PTMs）的类型、作用途径以及各种修饰之间的交互作用，并讨论了PTMs在育种上潜在的应用前景，为深入探究植物PTMs的功能、调控模式及作物品种改良应用积累参考依据。

PTMs是指蛋白质在翻译中或翻译后经历的一个共价加工，即通过一个或几个氨基酸残基加上修饰基团或通过蛋白质水解剪去基团而改变蛋白质的活性、稳定性、定位、功能及相互作用的过程。在蛋白质的整个生命周期中，会发生不同的翻译后修饰，并参与到蛋白质的合成、定位、功能和降解等过程，多种修饰间还存在交互作用，共同调控生物过程。近年来，蛋白质翻译后修饰在植物领域逐渐成为研究的热点。研究证明，蛋白质翻译后修饰广泛参与植物的多种生理生化过程。本论文首先系统地介绍了植物中的PTMs类型（图1），根据附加基团的性质可分为化学基团、蛋白质基团、复杂分子和氨基酸修饰，涵盖磷酸化、乙酰化、泛素化、糖基化以及乳酸化、巴豆酰化、琥珀酰化、棕榈酰化等新型翻译后修饰。

图1 .植物生命活动中常见的PTMs

蛋白质翻译后修饰的作用机制复杂多样。研究从植物生长发育、代谢过程、生物胁迫以及非生物胁迫四个方面，全面总结了PTMs的关键调控途径和作用机制（图2）。在植物的生长发育中，磷酸化、泛素化、乙酰化、糖基化以及琥珀酰化等修饰广泛参与种子萌发、幼苗生长、开花结果和种子成熟等过程中。同时，植物初生代谢和次生代谢过程，比如碳代谢、糖酵解、代谢物质合成等也受蛋白修饰水平的影响。PTMs是植物防御信号的重要工具，能够助力抵抗病原体入侵。在植物和病原菌互作过程中，关键调控蛋白的修饰或修饰水平动态变化，可以调控基因表达、转录激活、影响激酶活性和蛋白定位等生物学过程，进而影响免疫信号的激活，做出免疫应答，从而提高植物抗病性。在面对高盐、温度和干旱等环境压力时，植物PTMs水平会发生动态变化，并通过维持相关蛋白或转录激活因子的稳定性，介导活性氧平衡等方式，改变植物的抗逆性，从而响应胁迫反应。

图2. PTMs在植物中的关键调控途径和作用机制

研究文章还概述了蛋白质翻译后修饰的交互作用。蛋白质通常在多个位点进行修饰，且同一个位点可能存在多种翻译后修饰。不同的修饰间可能存在交互作用，相互激活或相互抑制，共同调节生物学过程。为此，本文还对该领域未来的发展方向和重要问题进行了展望，包括不同翻译后修饰间交互作用的调控机制、多种胁迫条件下翻译后修饰水平的变化和反应机制，以及不同植物的修饰位点图谱的构建。此后的研究还可以在单细胞或单一蛋白水平深入解析蛋白质翻译后修饰，并推动其在生物育种上的应用（图3）。

图3. PTMs在植物育种的应用前景

该研究成果以“Protein post-translational modification in plants: Regulation and beyond”为题发表于《Horticultural Plant Journal》。中国热科院生物所/福建农林大学联合培养硕士研究生李振香为论文的第一作者，热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所/三亚研究院/福建农林大学阙友雄研究员和吴期滨副研究员为本论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国热带农业科学院国家热带农业科学中心科技创新团队、热带作物生物育种全国重点实验室项目、中央引导地方科技发展专项、中央级公益性科研院所基本科研业务费、国家糖料产业技术体系以及福建农林大学科技创新专项基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.hpj.2025.02.003