再下一城！上海师范大学戴绍军组磷酸化修饰解析盐生牧草应答碱性盐胁迫新机制

景杰学术/报道

土壤盐碱化严重影响植物生长发育，极大地限制了作物的稳产增收。解析植物应答盐碱胁迫的分子机制，是提高植物抗盐碱的有效手段，成为当下农业科学家研究的热点方向。

近日，国际权威学术期刊Genomics,Proteomics & Bioinformatics（IF=7.051)在线发表了上海师范大学戴绍军团队的题为Na2CO3-responsivePhotosynthetic and ROS Scavenging Mechanisms in Chloroplasts of AlkaligrassRevealed by Phosphoproteomics的最新成果。运用磷酸化修饰组学策略，揭示了Na2CO3胁迫条件下，小花碱茅（P. tenuiflora）中叶绿体光合作用调节和活性氧（ROS）清除机制。

禾本科盐生牧草小花碱茅（Puccinellia tenuiflora），又称星星草，是一种优良的牧草，具有很强的耐盐碱能力，在我国东北和西北地区的盐碱地广泛分布。在适应碱性盐逆境过程中，小花碱茅进化出独特的结构和代谢过程。

戴绍军团队长期致力于运用蛋白质组学策略，揭示小花碱茅等植物的盐碱胁迫机制，相继揭示了NaCl、Na2CO3和NaHCO3等盐碱胁迫对小花碱茅叶片、根与愈伤组织蛋白质组的影响。2020年3月，戴绍军团队与黄学辉团队合作绘制了小花碱茅的全基因组图谱【2】,为进一步揭示其盐碱应答分子机理提供了新线索。叶绿体作为光合作用的细胞器，对盐碱胁迫极为敏感，然而植物叶绿体如何响应盐碱胁迫的精细分子机制仍不清楚。

为了解析小花碱茅碱-盐胁迫下光合调节和活性氧稳态的机制，研究人员从小花碱茅叶片中分离出完整的叶绿体（样本策略），运用基于iTRAQ标记的定量蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学技术（质谱策略）进行分析。研究共鉴定到叶绿体中参与Na2CO3应答的磷酸化蛋白质84种，其中有56个磷酸化位点首次被报道。这些磷酸化蛋白质对植物光合作用、离子运输、信号转导和能量平衡等代谢途径至关重要。

图2. 小花碱茅叶绿体磷酸化蛋白质组学分析

基于磷酸化组学数据，研究人员绘制了盐生牧草叶绿体中应答Na2CO3胁迫的蛋白质丰度与蛋白质磷酸化动态图谱（图3），揭示了磷酸化修饰广泛参与牧草叶绿体Na2CO3应答过程的代谢通路调控中，牧草通过维持PSII和PSI之间的能量平衡、PSII损伤修复、循环电子传递，以及ROS稳态等响应Na2CO3胁迫。研究结果有助于我们理解磷酸化修饰在小花碱茅Na2CO3胁迫应答过程中的分子机制，也为深入研究小花碱茅Na2CO3响应提供了新的线索。

图3. 小花碱茅叶绿体Na2CO3应答蛋白质图谱

参考文献:

1. Suo J W, et al., 2020. Na2CO3-responsive Photosynthetic and ROSS cavenging Mechanisms in Chloroplasts of Alkaligrass Revealed by Phosphoproteomics. Genomics, Proteomics & Bioinformatics.

2. Zhang W T, et al., 2020. Ahigh-quality Genome Sequence of Alkaligrass Provides Insights into Halophytestress Tolerance. SCIENCE CHINA Life Sciences.

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