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青岛农业大学丁兆堂教授团队首次揭示茶树感知氮营养的赖氨酸乙酰化修饰机制

发布时间: 2018-12-12
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景杰生物/报道 

茶叶源于中国,最早被作为祭品使用的,西汉中期发展为药用,在西晋后期成为普通饮料,至宋代已成为人家一日不可无的普遍饮用之品。现代研究表明,茶叶中含有茶多酚、咖啡碱肌醇、叶酸、泛酸等多种成分,适当引用可以促进人体健康,故受各国人民的喜爱。因其重要的经济价值,和咖啡,可可一起被誉为"世界三大饮料"。

氮元素对茶树的生长至关重要:茶树缺氮表现为叶张变薄变小,叶色变黄;生长缓慢,驻芽出现早、叶片寿命缩短,产量显著下降。严重缺氮的树,发芽轮次凌乱,生长停滞,更严重的会全株枯死。

为了研究茶树对氮胁迫的响应,研究人员以1年生的茶树扦插幼苗为材料,在正常含氮的营养液中培养一周,然后转入去除铵盐的营养液中,作为氮饥饿处理一周(0N),继而转入含氮培养液中培养3小时(3hN)、3天(3dN)。研究表明氮胁迫幼苗在氮在补给后,3hN其叶片氮含量就增加了近30%,证明茶树有非常强的对氮元素的吸收能力。

因为氮胁迫对光合作用抑制很强,研究人员发现恢复氮补给后,茶叶PSII光能转换效率也恢复正常。之前氮研究表明拟南芥光合作用中蛋白普遍受到蛋白质乙酰化修饰的修饰。因此这里,研究人员利用Western Blotting分析茶树在恢复氮补给后蛋白质乙酰化水平的变化,结果发现低氮胁迫茶树蛋白乙酰化水平很高,3dN处理后蛋白乙酰化水平显著降低。暗示蛋白质乙酰化修饰在茶树氮响应中有重要的作用。

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因此,研究人员利用氮胁迫7天(0N),恢复氮处理后3小时(3hN),3天(3dN)氮叶片为材料,利用乙酰化蛋白质组学技术分析三个时期蛋白质赖氨酸乙酰化水平的变化。

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研究人员鉴定到了1286个蛋白上的2229个赖氨酸乙酰化位点。大多数鉴定到的赖氨酸乙酰化蛋白位于叶绿体(39%)和细胞质(29%)中。和光合作用相关的乙酰化蛋白主要集中在蛋白复合物光系统I、光系统II和细胞色素b6/f复合物中,与光合作用相关的蛋白,如LHCA1、LHCA3、LHCB6、psaE、psaD、psaN等发生了明显的乙酰化作用。暗示蛋白质乙酰化修饰影响了氮胁迫对光合作用的抑制。

生物体处于逆境条件下,糖酵解途径可以提供额外的能量,本研究中也发现,茶树在恢复氮供给后,糖酵解途径中的相关的蛋白,如ENL、PEPC乙酰化下调,暗示蛋白质乙酰化修饰在恢复氮供给后加快茶叶的糖酵解途径。

茶多酚属于黄酮类次生代谢产物,是茶叶中主要的活性成分,其含量和种类很大程度上影响了茶叶的品质。Phenylalanine ammonia lyase(PAL)和dihydroflavonol4-reductase(DFR)是苯丙烷合成途径中的关键酶,结果表明两者的乙酰化在恢复氮处理3小时候增加。暗示氮复供会迅速刺激PAL和DFR的乙酰化,从而对类黄酮代谢物的合成进行调整。

该研究为茶树响应氮营养时发生赖氨酸乙酰化修饰的首次报道,从光合作用、糖酵解和类黄酮代谢等多角度,阐述蛋白质乙酰化修饰在茶树在氮营养状态变化下的响应。论文发表在国际学术期刊《BMC Genomics》上,得到了山东省现代农业产业技术体系项目、山东省现代农业重大技术创新项目支持。硕士研究生姜举堂为论文第一作者,泰山学者特聘专家、山东省茶叶产业体系首席专家丁兆堂教授为论文的通讯作者。

文章中对茶树乙酰化修饰的鉴定定量由杭州景杰生物科技有限公司提供了技术支持和质谱确定,对文章的发表提供了重要的数据支持。景杰生物提供领先的蛋白质组学、修饰组学技术服务方案,独家整合常规蛋白质组学、修饰组学研究策略方案,提供深度生物信息学分析,结合高灵敏度的蛋白质修饰类抗体,助力科学研究工作!



参考文献:

Jutang Jiang, , et al., 2018, Comprehensive proteome analyses of lysine acetylation in tea leaves by sensing nitrogen nutrition ,BMC Genomics (2018). 


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