解析參與植物脅迫應(yīng)答的蛋白激酶-底物網(wǎng)絡(luò)（2020.2.11 中國科學(xué)院）

1月28日，《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心上海植物逆境生物學(xué)研究中心朱健康研究組、王鵬程研究組、美國普渡大學(xué)教授W. Andy Tao研究組合作的題為Mapping proteome-wide targets of protein kinases in plant stress responses 的研究論文。該論文報道了一種新的蛋白激酶底物的鑒定方法，并對參與逆境脅迫應(yīng)答的9個重要蛋白激酶的底物進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

蛋白磷酸化是重要的蛋白翻譯后修飾之一。已知一些重要的蛋白激酶，如MPK6，SOS2，SnRK2等參與了植物對于不良環(huán)境的適應(yīng)以及抵御病原體侵染的過程。干旱、冷、活性氧、病原體侵染等生物和非生物脅迫激活這些蛋白激酶，通過蛋白磷酸化調(diào)控底物蛋白的生物學(xué)功能，影響基因表達(dá)、代謝、物質(zhì)轉(zhuǎn)運等許多生理過程。目前，對這些蛋白激酶的底物及調(diào)控的下游生物學(xué)過程仍缺乏了解。

該研究以脅迫處理后的植物總蛋白為材料，富集磷酸化肽段，并通過磷酸酶去除肽段上的磷酸。以去磷酸化的肽段為底物池，利用原核表達(dá)的蛋白激酶和穩(wěn)定同位素標(biāo)記的ATP進(jìn)行體外激酶反應(yīng)。對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行二次磷酸化肽段富集和質(zhì)譜檢測，從而鑒定蛋白激酶的直接底物。同時，通過與體內(nèi)脅迫處理后的磷酸化組學(xué)結(jié)果比較，進(jìn)一步增加結(jié)果的可靠度（圖1）。

通過這一方法，該研究解析了在氧化脅迫、冷、高鹽和激發(fā)子處理下MPK6、滲透脅迫處理下SnRK2.4、ABA處理下SnRK2.6（OST1）和CKL2、鹽處理下SOS2等9個重要植物蛋白激酶的約5000個可能底物。初步揭示了這些蛋白激酶直接的靶蛋白，為深入研究這些蛋白激酶的功能及其調(diào)控的下游生理過程提供了系統(tǒng)信息。

植物逆境中心的生物信息學(xué)平臺基于這一研究的大規(guī)模數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了蛋白激酶底物數(shù)據(jù)庫（protein kinase–substrate database，KSDB， http：//ksdb.psc.ac.cn）。KSDB數(shù)據(jù)庫提供相關(guān)蛋白的磷酸化位點、可能的上游激酶、脅迫處理誘導(dǎo)的磷酸化變化等信息。

這一研究為在蛋白組學(xué)水平上鑒定蛋白激酶底物提供了一個高靈敏度、快速可行的方法?？梢砸陨倭恐参餅椴牧?，在較短時間內(nèi)對特定蛋白激酶的底物進(jìn)行解析。同時這一研究提供的大量蛋白激酶-底物信息也為深入研究植物應(yīng)答環(huán)境脅迫的分子機(jī)制提供了重要參考資源。