浙江大学与密歇根州立大学合作总结植物过氧化物酶体中的泛素化机制和目标蛋白

细胞器通过化学环境和底物可及性，决定代谢途径的功能。过氧化物酶体是代谢功能异常丰富的细胞器，在植物的光呼吸、脂肪酸与氨基酸代谢、激素代谢、活性氧代谢、辅酶合成、嘌呤代谢中发挥重要功能。过氧化物酶体与作物产量和抗性密切相关，其功能缺陷会降低光合作用，削弱抗病虫能力，造成发芽抑制、配子不育、胚胎死亡等生理缺陷（Pan et al., 2019; Pan et al., 2020）。因此，研究植物过氧化物酶体的代谢网络及其调控机制具有重要价值。

过氧化物酶体的代谢功能和蛋白组成常具有物种和组织特异性，在不同发育阶段和环境中可发生明显变化。但是当前对过氧化物酶体功能调控机制的认识仍然不足。蛋白泛素化是过氧化物酶体蛋白主要的翻译后调控机制之一。

近日，JIPB在线发表了浙大农业与生物技术学院潘荣辉课题组与密歇根州立大学胡剑平教授合作撰写的题为“Protein Ubiquitination in Plant Peroxisomes”（https://doi.org/10.1111/jipb.13346）的特邀综述，全面总结了蛋白泛素化对过氧化物酶体的蛋白引入、重组、自噬、以及代谢等方面的调控。论文首先综述了过氧化物酶体生物发生与降解翻新的泛素化调控机制，具体包括三方面内容（图1）：1.过氧化物酶体膜上由泛素结合酶（E2）、泛素连接酶（E3）、去泛素化酶（UBP）等蛋白组成的泛素化机器；2. 介导过氧化物酶体基质蛋白受体PEX5和PEX7循环和降解的泛素化修饰机制；3. 过氧化物酶体基质蛋白运出过氧化物酶体并被蛋白酶体降解的PexAD过程，以及过氧化物酶体自身的特异性自噬降解pexophagy过程中泛素化的调控作用。

其次开展了现有植物泛素化蛋白组学的数据调查，发现过氧化物酶体蛋白泛素化修饰发生的规模和频率远超现有认知，且可能与植物生理及环境因素导致的过氧化物酶体功能重组有关。这些可发生泛素化修饰的蛋白涉及过氧化物酶体的主要代谢通路，其中包括脂肪酸降解、光呼吸、活性氧降解等（图2），强烈预示蛋白泛素化对过氧化物酶体功能具有当前未知的广泛影响。这一发现有助于推动泛素化调控过氧化物酶体代谢功能的深入研究，引领该植物研究领域取得新进展，最终为提高作物产量、品质和抗逆性做出贡献。

浙江大学农业与生物技术学院的潘荣辉研究员、密歇根州立大学的胡剑平教授为本文的共同通讯作者，浙江大学博士后Delara Akhter和博士生张钰婵为本文的共同第一作者。潘荣辉课题组相关信息请见https://person.zju.edu.cn/panr。

转自：“iPlants”微信公众号

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