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中国热科院率先揭示乙烯刺激天然橡胶胶乳增产调控机制


中国热带农业科学院生物所王旭初博士及其研究团队在巴西橡胶树胶乳定量蛋白质组研究中获得重要进展,首次揭示了蛋白翻译后修饰在乙烯促进天然橡胶合成过程中的新调控机制,对深入理解天然橡胶生物合成的蛋白质调控机制和如何提高巴西橡胶树胶乳产量提供了新的理论基础。该成果于9月8日在线发表在Nature旗下期刊《科学报告》(Scientific Reports)上。
 
据了解,乙烯能够极显著促进胶乳生产,但相关基因并没有受到明显诱导,这一直是困扰天然橡胶生物合成调控机制研究的一个谜。通过定量蛋白质组DIGE和iTRAQ技术,该团队首次绘制了巴西橡胶树胶乳全蛋白2-D DIGE凝胶图谱并通过高端生物质谱鉴定到143个乙烯应答蛋白,通过iTRAQ技术,获得了1600个胶乳蛋白以及404个响应乙烯刺激蛋白,进而通过磷酸化蛋白质组技术,鉴定了59个磷酸化胶乳蛋白质。分析这些差异蛋白可能的生物学功能,并进行了后续部分功能验证,发现乙烯刺激胶乳增产,主要在蛋白质翻译后修饰水平。
 
研究结果发现,乙烯刺激胶乳增产的调控机制主要在于三个方面:首先,乙烯刺激能够明显促进胶乳中小橡胶粒子生成;其次,乙烯显著抑制与橡胶粒子凝集过程调控的主要蛋白酶的表达,进而抑制胶乳凝集,延长流胶时间,促进胶乳流出,从而提高了胶乳产量;再次,乙烯调控胶乳增产主要在蛋白质水平,而不是分子调节水平,在此过程中,蛋白酶的翻译后修饰特别是蛋白的磷酸化修饰起到关键作用。研究首次发现,在橡胶合成过程中发挥关键作用的REF和SRPP蛋白异构体主要是在丝氨酸残基上发生磷酸化修饰。在此基础上,该团队首次构建了蛋白质在胶乳生物合成调控中的作用模式图。


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