研究揭示O-糖基化修飾調(diào)控生物鐘周期的分子機(jī)制

生物鐘是植物細(xì)胞中感知并預(yù)測光照和溫度等環(huán)境因子晝夜周期性變化的精細(xì)時間機(jī)制，它通過協(xié)調(diào)代謝與能量狀態(tài)以適應(yīng)環(huán)境因子的晝夜動態(tài)變化，從而為植物的生長發(fā)育提供適應(yīng)性優(yōu)勢。生物鐘周期紊亂會嚴(yán)重影響植物多種生理和發(fā)育關(guān)鍵過程，如開花時間和脅迫應(yīng)答等。生物鐘核心因子的翻譯后修飾如磷酸化和泛素化等，可以精確調(diào)控生物鐘周期。O-糖基化修飾是一類新發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾類型，其是否參與植物生物鐘精細(xì)調(diào)控及其相關(guān)機(jī)制還不清楚。

中國科學(xué)院植物研究所王雷研究組通過植物活體發(fā)光實驗結(jié)合生物鐘表型的計算分析發(fā)現(xiàn)，與動物中作為O-β-N-乙酰葡糖胺修飾轉(zhuǎn)移酶（O-GlcNAc）的SEC參與調(diào)控生物鐘周期不同，在植物中則主要是作為O-巖藻糖基化（O-Fucrose）修飾轉(zhuǎn)移酶的SPY特異調(diào)控生物鐘周期。通過構(gòu)建細(xì)胞核和質(zhì)特異定位的SPY蛋白表達(dá)載體，結(jié)合植物活體發(fā)光的實驗證據(jù)，發(fā)現(xiàn)SPY蛋白主要是在細(xì)胞核中參與調(diào)控生物鐘周期。進(jìn)一步通過免疫共沉淀結(jié)合質(zhì)譜分析、酵母雙雜交以及雙分子熒光互補(bǔ)等篩選SPY蛋白的互作蛋白組，發(fā)現(xiàn)SPY蛋白的TPR結(jié)構(gòu)域可以與生物鐘核心組分PRR5蛋白的C-端在細(xì)胞核內(nèi)互作，并將其O-巖藻糖基化。細(xì)胞學(xué)觀察和生化分析結(jié)果表明O-巖藻糖基化修飾不改變PRR5亞細(xì)胞定位，但會促進(jìn)PRR5蛋白的降解，這也是*發(fā)現(xiàn)O-巖藻糖基化可以調(diào)控蛋白穩(wěn)定性。遺傳學(xué)證據(jù)表明PRR5在遺傳上位于SPY的下游發(fā)揮作用。該研究結(jié)果表明盡管O-糖基化調(diào)節(jié)生物鐘周期在演化上具有保守性，其在哺乳動物中主要是通過O-GlcNAc糖基化修飾，而在高等植物中則是通過O-巖藻糖基化修飾，為翻譯后修飾精細(xì)調(diào)控生物鐘周期提供了新見解。