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水稻胚乳淀粉合成相关蛋白的翻译后修饰研究进展

李新宇, 谷月, 徐非非, 包劲松

植物学报 2025, 60 (2): 256-270. DOI: 10.11983/CBB24067

摘要（183）

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蛋白质翻译后修饰(PTMs)是调控蛋白质生物学功能的重要机制, 在水稻(Oryza sativa)种子发育和胚乳淀粉生物合成中起重要作用。随着蛋白质组学的发展, 已在水稻胚乳中鉴定到大量淀粉合成相关酶(SSREs)发生蛋白质PTMs。该文总结了水稻胚乳SSREs的磷酸化、赖氨酸乙酰化、琥珀酰化、2-羟基异丁酰化、丙二酰化及泛素化6种PTMs的蛋白质组学分析、修饰位点和途径及生物学功能。其中, 蛋白质磷酸化修饰的研究最多, 其在调节植物生长发育和淀粉合成代谢过程中起关键作用。此外, 还讨论了PTMs对籽粒灌浆、稻米淀粉品质及外观的潜在作用。该文综述了PTMs在水稻胚乳淀粉合成相关蛋白中的调控机制, 为培育高产优质水稻品种提供了有价值的参考。

蛋白	Uniprot数据库登录号	酶编号	Khib修饰位点	Kmal修饰位点
AGPase S1	Q69T99	[EC:2.7.7.27]	442、249、462、234和203	-
AGPase S2	P15280	[EC:2.7.7.27]	102、106、132、217、239、248、261、263、268、285、360、385、403、406、441、447、456、467、476和496	106、360和403
AGPase L2	Q7G065	[EC:2.7.7.27]	37、74、187、223、250、263、273、286、301、302、310、312、334、364、371、392、425、443、449、459和504	250、312、371和449
AGPase L3	Q688T8	[EC:2.7.7.27]	100、194、196、247、299、326、331、369、446、456和470	-
GBSSI	Q0DEV5	[EC:2.4.1.242]	181、192、309、381、385、530、538和549	-
SSI	Q0DEC8	[EC:2.4.1.21]	193、196、349、357、429、461、467和570	-
SSIIa	Q0DDE3	[EC:2.4.1.21]	151、244、346、378和532	-
SSIIIa	Q6Z1D6	[EC:2.4.1.21]	228、 649、761、794、808、961、1203和1604	-
BEI	Q0D9D0	[EC:2.4.1.18]	62、64、84、89、103、108、118、122、157、164、171、186、215、236、319、324、372、423、500、506、524、540、549、614、662、664、683、689、697、744、775、796和809	108、118、506、524、689和809
BEIIb	Q6H6P8	[EC:2.4.1.18]	134、146、158、191、231、268、299、328、386、466、558、564、571、587、603、612、636、677、688、719、738和773	719
ISA3	Q6K4A4	[EC:3.2.1.68]	266和269	-
PUL	Q7X834	[EC:3.2.1.41]	123、140、163、239、263、274、388、392、488、535、549、573、590、669、682、732、777、796、805、817和832	274和871
PhoH	Q8LQ33	[EC:2.4.1.1]	115、409、425、533、542、595、721和818	-
PhoL	Q9AUV8	[EC:2.4.1.1]	134、255、259、277、289、356、381、410、418、429、441、451、471、493、504、590、617、630、636、657、665、681、725、734、738、846、893、904、913、928、940和946	259、493和657
PGM	Q9AUQ4	[EC:5.4.2.2]	-	54、458和568

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表6 水稻种子淀粉合成蛋白赖氨酸2-羟基异丁酰化(Khib)和丙二酰化(Kmal) (Meng et al., 2017; Mujahid et al., 2018)

正文中引用本图/表的段落

与哺乳动物、酵母和细菌相比, Khib以及Kmal修饰在植物中的研究仍处于起步阶段。基于Meng等(2017)和Mujahid等(2018)的研究, 我们总结了已鉴定的水稻SSREs的Khib和Kmal修饰位点(表6)。

为探究Khib对水稻籽粒灌浆和发育的潜在调控作用, Meng等(2017)利用亲和富集与nano-HPLC/ MS/MS在水稻发育种子的2 512个蛋白上鉴定到9 916个Khib位点, 大多参与水稻胚乳淀粉生物合成的酶都发生了Khib修饰(表6)。功能注释分析表明, Khib对糖酵解/糖异生、TCA循环、淀粉生物合成、脂质代谢、蛋白质生物合成和加工等多种重要的生物学过程均具有较好的靶向作用。Xue等(2020)从水稻幼苗1 596个蛋白上鉴定出4 163个Khib位点, 通过分析发现Khib位点两侧有10个保守的基序; 进一步分析表明Khib富集在与碳代谢和淀粉生物合成等过程相关的蛋白质上。

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