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【修饰专栏⑪】最新PNAS:植物病原菌相互作用新机制

2018-07-30
中科新生命
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上期中,我们已经给大家展示了乙酰化修饰组在动物领域的发文套路,本期,我们则通过另一篇发表于《PNAS》的文章给大家展示乙酰化修饰组在植物领域是如何发文的。

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病原体与植物的相互作用是植物免疫中的重要科学问题,玉米圆斑病菌种1(Cochliobolus carbonum race 1)通过产生HC-毒素(HCT)而增强其感染玉米植物的能力。为了进一步解析HCT是如何促进玉米圆斑病菌的毒力从而抑制植物的免疫,2018年1月2日,来自加利福尼亚大学的研究团队在美国国家科学院院刊《PNAS》(IF=9.66)上发表文章“Fungal-inducedprotein hyperacetylation in maize identified by acetylome profiling”。研究人员利用蛋白组+乙酰化修饰组学分析,发现玉米中的乙酰化修饰是广泛的。此外,通过外源去乙酰化酶抑制剂(HCT)的处理,发现HCT可以通过调节植物酶活性进而改变免疫应答过程中的植物蛋白乙酰化修饰水平。

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研究背景

乙酰化是一种重要翻译后修饰,已有诸多实验证明组蛋白乙酰化在植物防御中具有重要作用。在玉米中,有一种真菌玉米圆斑病菌种1(Cochliobolus carbonum race 1),其能通过产生HC-毒素(HCT)而增强该病菌感染植物的能力。HCT是一种已知的组蛋白去乙酰化酶抑制剂,研究表明,HCT处理的玉米中表现出组蛋白H3、H4的超乙酰化。在本文中,作者利用蛋白组乙酰化修饰组,不仅探究了HCT对植物组蛋白的乙酰化修饰情况,而且探究了HCT对非组蛋白乙酰化修饰的乙酰。

研究思路

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研究结果

1. 样本选择

首先,作者使用玉米HCT敏感型为材料,该型为hm1A突变株,编码缺陷NADPH依赖性还原酶(HCTR),故不能使HCT失活,表现出对玉米圆斑病菌的易感。随后,研究人员对该敏感株分别进行了四种处理(图1.A):mock组,HCT不处理;HCT组,外源HCT处理;Tox-组HCT缺失型玉米圆斑病菌种1感染;Tox+组HCT表达型玉米圆斑病菌种1感染。

最后,分别利用质谱技术对以上4组进行蛋白组以及乙酰化修饰组(赖氨酸)分析,得到数据如图1.B,结果表明,蛋白组最终定量到了3636个蛋白,而乙酰化修饰组最终定量到了912个蛋白以及2791个乙酰化修饰位点。

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图1.实验设计(A)实验组设计及流程(B)蛋白组和修饰组分析结果

2. 筛选表达差异蛋白

为了揭示HCT促进玉米圆斑病菌毒力的潜在机制,作者分别进行了蛋白组学、修饰组学差异蛋白的筛选。

根据蛋白组学数据的深入分析,研究结果发现了171个上调蛋白以及116个下调蛋白,其中(图.2),差异蛋白在色氨酸合成途径发生富集明显。

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图2.色氨酸合成途径中差异表达蛋白

3. 筛选乙酰化修饰差异蛋白

根据乙酰化修饰组学数据的深入分析,研究结果发现(图3.D),HCT处理后62个乙酰化修饰肽段上调,9个乙酰化修饰肽段下调。在组蛋白修饰差异方面(图3.A.B),组蛋白H4的乙酰化修饰在HCT组和 Tox+组中富集明显,随后的Western Blot也验证了该结果。此外,对乙酰化修饰通路注释中转录相关的通路统计发现(图3.E),在HCT组中有31个通路注释、Tox+组中有8个通路注释都与转录相关。随后,在对整体乙酰化修饰蛋白进行分析结果表明(图.4),HCT对玉米中蛋白乙酰化修饰调控是广泛的。综上分析表明,HCT不仅改变了组蛋白的乙酰化修饰,而且改变了非组蛋白的乙酰化修饰。

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图3.组蛋白H4乙酰化修饰(A)组蛋白H4的四乙酰化的肽的光谱计数(B)免疫印迹验证H4的四乙酰化修饰 (C)不同处理组的乙酰化修饰肽段分析(D)不同处理组的乙酰化修饰位点定量分析(E)转录相关通路富集分析

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图4.玉米中蛋白乙酰化修饰分布广泛

4. 研究结论

本研究结果表明,玉米中的乙酰化修饰是广泛的,通过外源去乙酰化酶抑制剂(HCT)的处理, HCT可通过调节植物酶活性进而改变免疫应答过程中的植物蛋白乙酰化修饰水平。此外,在病原菌与植物的相互作用中,玉米圆斑病菌可能利用HCT重编程植物中与感染相关基因的转录,导致植物无效的防御反应。


小编总结

本研究主要以乙酰化修饰组为主、蛋白组为辅的研究思路,重点探讨了玉米圆斑病菌编码的去乙酰化修饰酶抑制剂(HCT)对植物蛋白的乙酰化修饰影响。该文章充分强调了乙酰化修饰在病原菌与植物免疫中的重要性,且病原菌感染对植物蛋白乙酰化修饰的调控是广泛的,充分体现了乙酰化研究的无限潜力。

此前我们也同样解读过《Nature Biotechnology》上的一篇关于蛋白质组学+修饰组学应用于植物领域的文章,感兴趣的老师可以了解一下:蛋白质组学就是这么NB(IF:43):揭示植物与细菌之间的共生机制!

现如今,多组学联合研究已经成为发高水平文章的重要手段,本文则是又一力证,除了本文蛋白+乙酰化的组学分析,还有“乙酰化+代谢” 见上期)等其他组学联合思路。中科新生命具有成熟的组学分析、多组学联合分析解决方案,欢迎有想法的老师联系我们!