鄭璐 沈仁芳，2 蘭平，2

（1. 中國科學(xué)院南京土壤研究所 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

蛋白質(zhì)賴氨酸乙酰化（Nε-lysine acetylation）是一種在原核生物和真核生物都廣泛存在的重要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾（Post-translational modifications，PTMs）［1-4］。賴氨酸乙?；福↙ysine acetyltransferases）催化乙酰基轉(zhuǎn)移到賴氨酸的ε-氨基側(cè)鏈形成蛋白質(zhì)的乙?；揎?，同時這一反應(yīng)可以被賴氨酸去乙?；福↙ysine deacetylases）逆轉(zhuǎn)。植物線粒體中一些賴氨酸乙?；揎椧部梢酝ㄟ^非酶促反應(yīng)發(fā)生［5］。

賴氨酸乙?；ńM蛋白和非組蛋白的乙?；揎棥?964年，Allfrey等［6］在牛胸腺細(xì)胞核染色體的組蛋白上首次發(fā)現(xiàn)了賴氨酸乙酰化修飾。真核生物染色體由核心組蛋白八聚體（H2A、H2B、H3和H4）和其纏繞的146 bp的DNA組成了基本單位核小體［7］。組蛋白賴氨酸乙?；揎椫饕l(fā)生在核心組蛋白的N末端，是影響染色體結(jié)構(gòu)的重要翻譯后修飾。賴氨酸乙?；欣诮M蛋白和DNA八聚體的解離，核小體松弛，從而使各種轉(zhuǎn)錄因子能夠與DNA結(jié)合位點(diǎn)特異性結(jié)合，控制基因的表達(dá)水平［8］。大量研究表明，組蛋白通過乙?；揎椏赡娑焖俚淖兓谥参锷L發(fā)育和非生物/生物脅迫響應(yīng)中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用［8-10］。

1997年，Gu和Roeder［11］在 人 腫 瘤 抑 制 因子p53上首次發(fā)現(xiàn)了乙酰化修飾參與非組蛋白的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。隨后，基于乙?；亩蔚拿庖哂H和純化（Acetylpeptides immune affinity purification）和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（Liquid chromatography - tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）的乙?；鞍踪|(zhì)組（Acetylproteome）技術(shù)不斷發(fā)展［12］，大量非組蛋白賴氨酸乙?；揎棻话l(fā)現(xiàn)。2006年，Kim等［13］首次報道了HeLa細(xì)胞和小鼠肝臟線粒體的乙?；鞍踪|(zhì)組，一共鑒定了195個乙酰化蛋白質(zhì)，且大部分為非組蛋白。隨后，Lundby等［14］在小鼠的不同組織中一共鑒定到4541個乙?；鞍踪|(zhì)（15474個修飾位點(diǎn)），主要參與基因表達(dá)、蛋白質(zhì)代謝、三羧酸（Tricarboxylic acid，TCA）循環(huán)和細(xì)胞凋零等代謝過程。Zhang等［4］在原核生物大腸桿菌（Escherichia coli）中也鑒定到了91種乙酰化蛋白質(zhì)，主要為代謝酶和調(diào)節(jié)因子。這些都表明賴氨酸乙酰化修飾在非組蛋白中大量存在，且這種翻譯后修飾的調(diào)控方式從細(xì)菌到哺乳動物在生物進(jìn)化上是相對保守的。非組蛋白的乙?；揎椡ㄟ^調(diào)控酶活力［15-16］、蛋白質(zhì)相互作用［17］和蛋白質(zhì)穩(wěn)定性［18］等方式調(diào)控各種生物學(xué)過程。目前，隨著乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)技術(shù)的普及，植物中普遍存在的大量非組蛋白賴氨酸乙?；揎棻话l(fā)現(xiàn)。本文綜述了植物中非組蛋白賴氨酸乙?；揎椀牡鞍踪|(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展，闡述其特征以及在植物生長發(fā)育和環(huán)境脅迫中的響應(yīng)和作用，旨在為乙酰化修飾介導(dǎo)的調(diào)控機(jī)理和相關(guān)實(shí)際應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 植物乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展

過去大量研究局限在植物組蛋白的乙?；揎椪{(diào)控。近十年來，植物的非組蛋白乙?；揎椩絹碓绞艿窖芯空叩年P(guān)注。乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)在多種植物中展開，主要集中在模式植物擬南芥和糧食作物水稻和小麥，還包括一些經(jīng)濟(jì)作物大豆、茶樹和草莓等（表1）。隨著乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)技術(shù)的日益成熟和發(fā)展，植物乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)鑒定到的非組蛋白乙?；鞍踪|(zhì)數(shù)量從不足一百增加到幾千，并且從定性的靜態(tài)分布研究拓展到了不同時空下的乙?；亩縿討B(tài)變化，極大加深了對植物非組蛋白賴氨酸乙?；揎椀臅r空變化特征和潛在的生物學(xué)功能的認(rèn)知。

目前，植物乙?；鞍踪|(zhì)組研究大多采用乙?；亩蔚奶禺愋钥贵w親和富集技術(shù)結(jié)合LC-MS/MS進(jìn)行分析（表1）。該方法的基本流程如圖1所示。植物樣品一般采用TCA-丙酮法提取總蛋白，提取的蛋白質(zhì)采用過濾輔助樣品制備法（Filter-aided sample preparation，F(xiàn)ASP）進(jìn)行胰蛋白酶酶解成肽段，然后其中的乙酰化肽段采用特異性抗體樹脂進(jìn)行富集。富集的乙酰化肽段脫鹽后進(jìn)行LC-MS/MS質(zhì)譜分析以及蛋白質(zhì)定性和定量分析。最后進(jìn)行生物信息學(xué)分析，包括蛋白質(zhì)功能富集和蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析等。與常規(guī)蛋白質(zhì)組學(xué)相比，乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)還需要對乙酰化修飾位點(diǎn)的基序進(jìn)行分析。一般對乙?；稽c(diǎn)上下游10個氨基酸進(jìn)行肽段序列分析，解析其保守肽段特征。

早期的植物蛋白乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)研究雖然也采用了賴氨酸乙?；贵w的免疫親和層析富集技術(shù)，但是受質(zhì)譜分辨率和精密度等因素影響［42-43］，鑒定到的乙酰化蛋白質(zhì)數(shù)量相對較少［19，20，24］。2011年，F(xiàn)inkemeier等［19］在擬南芥不同器官中只鑒定到74個乙酰化蛋白質(zhì)和91個乙?；稽c(diǎn)。2014年，Nallamilli等［24］在水稻懸浮細(xì)胞中只鑒定到40個乙酰化蛋白質(zhì)和66個乙?；稽c(diǎn)。但是，這些研究初步表明了乙?；揎棽粌H存在于組蛋白，而且廣泛存在于植物不同組織的非組蛋白，參與多種代謝過程。近年來，通過高效的固定化抗乙?；嚢彼峥贵w（Anti-acetyllysine antibodies）親和純化技術(shù)來富集乙?；亩危黾恿说拓S度肽段的檢出率，同時隨著質(zhì)譜分辨率的提高，極大地提高了修飾肽段檢測的準(zhǔn)確度和靈敏度［44-46］。這些技術(shù)的創(chuàng)新使得乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)鑒定到的乙?；揎椀姆墙M蛋白及其修飾位點(diǎn)的數(shù)量顯著增加。目前，植物乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)鑒定到的蛋白質(zhì)數(shù)量及其對應(yīng)的乙酰化位點(diǎn)大多可以超過600個和1000個（表1）。研究者在發(fā)育中的水稻花藥［28］、水稻幼苗葉片［32］、茶樹幼苗葉片［40］中分別鑒定到了676個、866個和1286個乙?；鞍踪|(zhì)，對應(yīng)有1354個、1353個和2229個乙酰化位點(diǎn)。這些組學(xué)研究夯實(shí)了非組蛋白賴氨酸乙?；揎椩谥参镏械钠毡榇嬖谛?，廣泛參與各個代謝途徑。

表1 植物乙酰化蛋白質(zhì)組研究

圖1 基于抗體親和富集的乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)流程

2018年，Liu等［22］對植物乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了基于氯化銫密度梯度（CsCl density gradient，CDG）離心的蛋白質(zhì)分離和二甲基標(biāo)記的4C定量的翻譯后修飾組學(xué)研究方法。與過去常規(guī)乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)相比，該方法首先對提取的蛋白質(zhì)樣品進(jìn)行CDG離心，將蛋白質(zhì)分級成上中下3層再分別進(jìn)行后續(xù)分析，這有利于乙酰化修飾的膜蛋白富集。同時，不同處理的酶解肽段分別等分成2份進(jìn)行輕同位素（12CH3，～28 Da）和重同位素（13CD2H，～34 Da）的二甲基標(biāo)記，然后交換混合樣品后，再進(jìn)行抗體親和富集和LC-MS/MS分析。最后，乙?；鞍踪|(zhì)通過Mascot和SQUA-D進(jìn)行定性和定量分析。該方法對擬南芥幼苗的地上部進(jìn)行乙?；揎椃治?，成功鑒定到了2638個不同的乙酰化蛋白的7456個乙?；稽c(diǎn)，其中有4228個乙?；稽c(diǎn)為首次鑒定。目前為止，該研究在擬南芥中鑒定到乙酰化蛋白質(zhì)數(shù)量最多，大大超過其它擬南芥或其它植物乙酰化蛋白質(zhì)組分析鑒定到的600個左右的蛋白質(zhì)（表1）。這些乙酰化蛋白質(zhì)主要為組蛋白超家族、核糖體蛋白、熱休克蛋白以及脅迫/刺激和能量代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)。新鑒定的乙?；鞍踪|(zhì)主要是一些細(xì)胞運(yùn)輸?shù)鞍住⒛そY(jié)合受體和受體激酶，參與油菜素類固醇、光、重力和發(fā)育信號傳導(dǎo)等過程。該研究也再一次擴(kuò)大了非組蛋白乙酰化修飾參與的生物學(xué)過程。乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)在蛋白質(zhì)提取純化［22］、肽段富集以及質(zhì)譜分析［44-46］的技術(shù)改進(jìn)都提高植物非組蛋白乙?；鞍踪|(zhì)定性和定量能力。今后，隨著樣品制備方法的成熟以及高通量質(zhì)譜檢測靈敏度的提高［47-48］，乙?；揎楄b定將更快速高效。未來對植物中非組蛋白賴氨酸乙酰修飾進(jìn)行深度精準(zhǔn)的的動態(tài)分析，將為后續(xù)乙?；揎椪{(diào)控機(jī)制研究提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

2 賴氨酸乙?；揎椀鞍踪|(zhì)的空間分布

非組蛋白賴氨酸乙?；揎棌V泛存在于植物不同組織、器官和細(xì)胞器中，且空間分布具有特異性。在植物不同組織器官中，乙?；鞍踪|(zhì)的種類和豐度都具有顯著差異［20，23］。通過免疫印跡法分析，擬南芥葉片、長角果、花、種子和根中的乙酰化蛋白質(zhì)的豐度存在明顯的差異［20］。Uhrig等［23］通過乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)研究也表明乙?；鞍踪|(zhì)在擬南芥不同組織中的種類和豐度都存在差異，在幼苗（地上部和根系）、蓮座葉、根、花（花萼和花瓣）和長角果分別鑒定到351、199、526、146和160個乙?；鞍踪|(zhì)。水稻愈傷組織、葉片、圓錐花序和根系4個典型組織的乙?；鞍踪|(zhì)組分析發(fā)現(xiàn)，170個乙?；鞍踪|(zhì)是4個組織中共有的，而97、93、27和44個乙?；鞍踪|(zhì)是分別在愈傷組織、葉片、圓錐花序和根系中所特有的［26］。

植物不同的亞細(xì)胞器中乙?；鞍踪|(zhì)的種類和豐度也具有顯著差異。本文對不同植物葉片中的乙?；鞍踪|(zhì)的亞細(xì)胞定位的分布情況進(jìn)行比較［21，31，33，35，37-38，40］，結(jié)果（圖 2）顯示，90%左右的乙酰化蛋白質(zhì)主要定位在葉綠體、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核和線粒體。而質(zhì)膜、細(xì)胞骨架、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和過氧化酶體等細(xì)胞器中鑒定到的乙?；鞍踪|(zhì)含量極低。但是，Liu等［22］采用CDG梯度分級提取蛋白質(zhì)的4C定量乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)在擬南芥幼苗地上部鑒定到很多內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和質(zhì)膜上的乙酰化蛋白質(zhì)，這是基于常規(guī)蛋白質(zhì)提取方法的乙酰化蛋白質(zhì)組學(xué)沒有發(fā)現(xiàn)的。因此，乙酰化蛋白質(zhì)提取和富集過程中的偏好性、蛋白質(zhì)降解以及脫乙酰化等都可能造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等細(xì)胞器中鑒定到的蛋白質(zhì)數(shù)量偏低［22］。

圖2 不同植物葉片乙酰化修飾蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位分布情況的比較

乙?；鞍踪|(zhì)在植物葉片的葉綠體中比例最高，可以達(dá)到40%左右（圖 2）。葉綠體是植物光合作用發(fā)生的最主要的細(xì)胞器，這也表明乙?；揎椏赡茉诠夂献饔弥邪l(fā)揮重要的調(diào)控作用。相一致地，乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)在植物葉片的葉綠體中發(fā)現(xiàn)了大量光合作用相關(guān)的蛋白質(zhì)發(fā)生了極其顯著的乙?；揎棧?9-20，33，35，37］。早期擬南芥的乙?；鞍踪|(zhì)組就發(fā)現(xiàn)，光系統(tǒng)（Photosystem II，PSII）亞基和捕光色素蛋白（Light-harvesting chlorophyll a/bbinding proteins，LHC a/b）、以及卡爾文循環(huán)（Calvin cycle）中關(guān)鍵酶核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Ribulose-1，5-bisphosphate carboxylase/oxygenase，RuBisCO）和磷酸甘油酸酯激酶（Phosphoglycerated kinase，PGK）都具有乙?；揎棧?9-20］。Zhang等［33］發(fā)現(xiàn)，小麥幼苗葉片捕光復(fù)合體（Light-harvesting complex，LHC）的4個 亞 基（LHCa1、LHCb3、LHCb5和LHCb6）、PS I的 兩 個 亞 基（PsaA和PsaB）、PSII的4個 亞 基（PsbO、PsbP、PsbH和Psb28）以及類囊體膜中催化PSII到PSI復(fù)合體之間的電子轉(zhuǎn)移的細(xì)胞色素復(fù)合體（Cytochrome complex，Cyt）的3個亞基（Cyt b6、Cyt f和PetD）都具有很多的乙?；揎椢稽c(diǎn)。小麥葉片中大量卡爾文循環(huán)的代謝酶也發(fā)生了乙?；揎棧貏e是RuBisCO中含有13個乙?；揎椢稽c(diǎn)。RuBisCO的大量乙?；揎椩诓煌闹参镏卸计毡榇嬖冢?1，31，35，37］。研究表明，擬南芥中RuBisCO的乙?；揎棔@著影響其三級結(jié)構(gòu)形成和酶活力，進(jìn)而影響光合作用的速率［19］。組蛋白脫乙?；?4（Histone deacetylase 14，HDA14）是葉綠體中的RPD3/HDA1類蛋白質(zhì)，其大多數(shù)靶蛋白質(zhì)具有光合作用［21］。HDA14功能缺失突變體的分析表明，RuBisCO的活化狀態(tài)在弱光條件下受RuBisCO活化酶（RuBisCO activase）的賴氨酸乙?；饔每刂?。這些蛋白質(zhì)可以通過乙?；揎棾潭葋碚{(diào)控光合作用。研究表明，與和PSII緊密結(jié)合的LHCb相比，擬南芥中和PSII松散結(jié)合的LHCb以及游離的LHCb顯示出明顯更高的賴氨酸乙?；健＿@表明乙?；揎椏赡茉贚HCb復(fù)合物在類囊體膜的分布中發(fā)揮作用［20］。乙?；揎検侵参锶~綠體中普遍存在的保守的重要翻譯后修飾，在光合作用的光反應(yīng)和碳同化過程都發(fā)揮重要的調(diào)控作用。

線粒體也一直被認(rèn)為是植物中乙?；揎梾⑴c調(diào)控的重要細(xì)胞器，因此有研究專門針對線粒體進(jìn)行乙酰化蛋白質(zhì)組學(xué)分析［5，39］。擬南芥［5］和豌豆［39］（Pisum sativum）的線粒體乙?；鞍踪|(zhì)組分析分別發(fā)現(xiàn)了120個和358個乙酰化蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)廣泛參與碳代謝、光呼吸、核酸代謝、氨基酸和蛋白質(zhì)代謝以及氧化還原調(diào)節(jié)等代謝過程。特別是，碳代謝中糖酵解和TCA循環(huán)中的大量酶發(fā)生乙?；揎棥M南芥線粒體中TCA循環(huán)的每一步酶促反應(yīng)中至少有一個酶被乙?；揎棧ń^大多數(shù)的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體（Pyruvate dehydrogenase complex）等［5］。葉綠體和線粒體分別是植物光合作用和呼吸作用的細(xì)胞器，對環(huán)境變化極其敏感［49-50］，研究發(fā)現(xiàn)參與這些代謝過程的很多蛋白質(zhì)都存在翻譯后非組蛋白乙?；揎棧▓D 2），暗示乙?；揎椩谶@些代謝過程和環(huán)境適應(yīng)中可能發(fā)揮了重要的調(diào)控作用。

在學(xué)習(xí)角色臺詞時有很多的學(xué)習(xí)技巧，要看重語言的魅力以及潛臺詞的發(fā)掘。那么有時我悶在探究語言魅力的同時要抓住臺詞中的一些行為動詞，往往語言的魅力都會體現(xiàn)在動詞之中。比方說，有這樣一個經(jīng)典舞臺劇，主人公在講述自己不幸遭遇的時候都會有很多臺詞，在所有的臺詞中行為動詞是最經(jīng)典的，這種行為動詞是在表演是會很夸張的笑，到最后卻出現(xiàn)哈哈大笑。但在使用動詞時不會出現(xiàn)“笑著說”或“哈哈大笑著說”，不這樣安排臺詞的原因是表演的情景是主人公慘遭不幸，而所遇到的壞人卻沒有機(jī)智的頭腦，主人公才會使用這種臺詞進(jìn)行抒發(fā)自己內(nèi)心的情感。所以，影視表演中主人公的臺詞是由三個詞語構(gòu)成，即敘述、嘲諷和贊揚(yáng)。[1]

3 賴氨酸乙?；揎楇亩蔚慕Y(jié)構(gòu)特征

植物不同組織中，目前鑒定到的賴氨酸乙?；揎椀鞍踪|(zhì)大部分只有一個乙?；揎椢稽c(diǎn)，而一部分蛋白質(zhì)則同時存在多個乙酰化修飾位點(diǎn)（表1）。早期的乙酰化蛋白質(zhì)組［19-20，24］鑒定到的乙?；揎椢稽c(diǎn)數(shù)量平均只有1.2個，明顯偏低。根據(jù)目前已報道的植物乙?；鞍踪|(zhì)組［4，19-41］，每個乙?；揎椀鞍踪|(zhì)的平均乙?；稽c(diǎn)為1.7個。最近報道的水稻種子［30］和小麥葉片［33］中都有72%的乙?；鞍踪|(zhì)僅有一個乙?；稽c(diǎn)，而有4個或超過4個乙?；稽c(diǎn)的蛋白質(zhì)分別只有4%（表2）。2018年，Liu等［22］鑒定的擬南芥地上部2638個蛋白質(zhì)具有7456個乙?；稽c(diǎn)，平均每個蛋白質(zhì)具有2.8個乙?；揎椢稽c(diǎn)。只有56.6%的蛋白質(zhì)僅有一個乙?；稽c(diǎn)，而有高達(dá)12%的蛋白質(zhì)具有4個或超過4個乙?；稽c(diǎn)。與其它擬南芥乙酰化蛋白質(zhì)組［21，23］相比，Liu等［22］從擬南芥中提取并鑒定的乙酰化蛋白質(zhì)及其修飾位點(diǎn)數(shù)量多一倍以上，包括大量新發(fā)現(xiàn)的乙酰化修飾位點(diǎn)。該方法采用的蛋白分級提取方法不僅增加了低豐度修飾蛋白等的檢出，而且提取的蛋白質(zhì)更為完整，特別是增加了膜蛋白的檢出率。因此，該乙酰化蛋白質(zhì)組鑒定的乙?；鞍踪|(zhì)也更為完整，得到的數(shù)據(jù)更趨向于擬南芥中真實(shí)存在的乙?；揎椙闆r。這也表明了植物非組蛋白的乙?；揎椀钠毡樾院椭匾裕谥参镏腥杂泻芏辔粗档醚芯空甙l(fā)掘。

植物中乙酰化修飾位點(diǎn)的上下游的肽段通常具有一些保守的氨基酸序列（表2）。研究發(fā)現(xiàn)，草莓葉片中有近90%的乙?；揎椢稽c(diǎn)是保守的肽段［37］。這些保守的氨基酸序列在同種植物的不同組織以及不同植物種類中也相對保守。水稻種子［30］和葉片［31］中的保守乙?；揎椢稽c(diǎn)序列極其相似，保守序列Kac*R、Kac*K和KacH都大量存在。不同植物中，芳香族氨基酸酪氨酸（Tryosine，Y）和苯丙氨酸（Phenylalanine，F(xiàn)）以及帶正電荷的組氨酸（Histidine，H）和賴氨酸（Lysine，K）在保守基序中最常出現(xiàn)。例如，小麥葉片中乙?；揎椀谋Ｊ鼗蛑饕獮镵acY、KacH、KacF、LKac和FKac［33］。同時，一些植物中也有一些特有的保守基序。例如，帶正電荷的精氨酸（Arginine，R）在水稻保守基序中高頻出現(xiàn)［30-31］，而在小麥［33］、二穗短柄草［35］、草莓［37］的葉片和云杉的體細(xì)胞胚［38］的保守基序中并沒有發(fā)現(xiàn)。這些保守氨基酸往往帶正電荷或具有疏水側(cè)鏈，很可能對乙?；揎椀陌l(fā)生具有重要的功能。在今后的研究中，通過對乙?；揎棻Ｊ匚稽c(diǎn)的分析可以確定并優(yōu)先選擇重要的關(guān)鍵氨基酸殘基進(jìn)行定點(diǎn)突變以解析乙?；揎椀淖饔梅绞胶驼{(diào)控機(jī)制。

表2 不同植物乙酰化修飾位點(diǎn)的特征

4 非組蛋白賴氨酸乙?；揎椩谥参锷L發(fā)育中的作用

植物的非組蛋白乙酰化蛋白質(zhì)的分子功能大部分屬于催化活力（約45%）和結(jié)合（約40%）［30-31，33，35，37，40］，這也表明植物主要通過調(diào)控酶活力和蛋白質(zhì)相互作用等參與各種生物過程。其中，非組蛋白賴氨酸乙?；揎椩谥参锓N子萌發(fā)和生殖生長過程中的作用有著較為深入的探究。

4.1 種子萌發(fā)

非組蛋白賴氨酸乙酰化修飾在植物種子的萌發(fā)過程中的變化尤為顯著。研究發(fā)現(xiàn)，水稻種子在吸脹0-48 h內(nèi)蛋白質(zhì)的乙?；揎棸l(fā)生了顯著的變化［27］。Western blot分析顯示24 h后，蛋白質(zhì)的乙?；捷^高，乙?；鞍踪|(zhì)組一共鑒定到了389個乙?；鞍踪|(zhì)，包含699個乙?；稽c(diǎn)。這些蛋白質(zhì)廣泛參與翻譯、刺激響應(yīng)、葡萄糖分解代謝、糖酵解、前體代謝產(chǎn)物和能量、核苷酸代謝等代謝過程。這可以為后續(xù)水稻種子萌發(fā)的調(diào)控機(jī)制研究提供參考依據(jù)。

部分干燥處理可以提高針葉類植物體細(xì)胞胚的萌發(fā)能力。云杉體細(xì)胞胚的子葉和胚根的蛋白質(zhì)乙酰化水平在部分干燥處理不同時間后（0、7、14和21 d）有著明顯的差異［38］。其中，處理14 d后的云杉體細(xì)胞胚的乙?；鞍踪|(zhì)組分析一共鑒定到556個乙?；鞍踪|(zhì)。這些乙?；鞍踪|(zhì)主要參與碳代謝（糖酵解/糖異生、TCA循環(huán)和磷酸戊糖途徑）、脂肪酸途徑以及脅迫響應(yīng)。蛋白質(zhì)相互作用分析顯示，核糖體、蛋白酶體、剪接體和碳代謝相關(guān)的乙酰化蛋白質(zhì)高度富集，它們很可能在干燥處理下的種子萌發(fā)過程中發(fā)揮主導(dǎo)作用。

4.2 生殖生長

非組蛋白賴氨酸乙?；揎椩谥参锏纳成L中同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。早期發(fā)育的水稻種子的乙?；鞍踪|(zhì)組分析表明，非組蛋白乙?；鞍踪|(zhì)占到了乙?；鞍踪|(zhì)的絕大部分（948/972，97.5%）［29］。而且，在生殖生長的各個不同發(fā)育時期，花和種子都受到非組蛋白乙?；揎棌V泛而特異性的精密調(diào)控。很多研究者對水稻花和種子在各個不同時期進(jìn)行了細(xì)致的乙酰化蛋白質(zhì)組研究，以剖析其中的調(diào)控機(jī)制。

植物在有性生殖過程中，減數(shù)分裂產(chǎn)生單倍體配子。Li等［28］通過乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)在減數(shù)分裂時期，發(fā)育中的水稻花藥中一共鑒定到了676個乙?；鞍?，包含1354個乙酰化位點(diǎn)。GO富集分析表明，染色質(zhì)沉默、蛋白質(zhì)折疊、脂肪酸生物合成過程以及脅迫響應(yīng)相關(guān)的蛋白質(zhì)大量富集。其中，超過一半的乙?；鞍踪|(zhì)（357個）同時也是減數(shù)分裂早期花粉母細(xì)胞（Meiocyte）中檢測到的蛋白質(zhì)［51］，包括一些與水稻絨氈層和花粉發(fā)育相關(guān)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)。這些都表明乙?；揎棌V泛參與水稻花藥發(fā)育和減數(shù)分裂。

5 非組蛋白賴氨酸乙酰化修飾在植物逆境響應(yīng)中的作用

植物可以通過代謝酶的可逆乙?；揎梺硌杆俑兄?xì)胞能量狀態(tài)并靈活改變反應(yīng)速率或方向從而應(yīng)對環(huán)境變化。近幾年，鑒于非組蛋白乙?；揎椀膹V泛調(diào)控作用，研究者通過乙酰化蛋白質(zhì)組學(xué)解析植物應(yīng)對逆境的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制。

隨著水資源的匱乏和氣候變化的加劇，干旱脅迫已經(jīng)成為影響農(nóng)作物生產(chǎn)力的主要限制因子之一［52］。世界上約70%的小麥種植在干旱或半干旱地區(qū)［53］，干旱脅迫已經(jīng)成為限制小麥生長和產(chǎn)量的主要非生物脅迫因素。Zhu等［34］考察了大田實(shí)驗(yàn)中干旱脅迫對發(fā)育中的小麥種子（開花后20 d）乙?；揎椀挠绊憽Ｔ撗芯恳还茶b定到442個乙?；揎椀鞍踪|(zhì)（716個修飾位點(diǎn)）。其中，93個乙酰化蛋白質(zhì)（106個乙?；稽c(diǎn)）在干旱脅迫下具有顯著變化，大部分差異蛋白與代謝（57%）和細(xì)胞（20%）過程有關(guān)。這些蛋白質(zhì)參與碳代謝、淀粉生物合成、蛋白質(zhì)運(yùn)輸和降解、脅迫響應(yīng)、轉(zhuǎn)錄等過程。干旱脅迫還導(dǎo)致蛋白質(zhì)乙?；推渌黀TMs之間的交互作用。尤其是，淀粉生物合成的兩種關(guān)鍵酶蔗糖合酶（Sucrose synthase，SuSy）和ADP葡萄糖焦磷酸化 酶（ADP glucose pyrophosphorylase，AGPase）的乙?；土姿峄揎椩诟珊得{迫下均發(fā)生顯著變化。干旱脅迫導(dǎo)致SuSy酶活力顯著增加，這表明乙酰化修飾可能在淀粉合成中發(fā)揮正調(diào)控作用。酵母分子伴侶熱休克蛋白90（Heat shock protein 90，HSP90）K294位點(diǎn)的乙?；瘜p弱其與客戶蛋白（client protein）的相互作用，影響其與輔助伴侶蛋白的結(jié)合［17］。干旱脅迫還導(dǎo)致HSP90和HSP81-3去乙?；?，這可以增強(qiáng)其對客戶蛋白和輔助伴侶蛋白的相互作用，維持蛋白酶體的穩(wěn)定性，保護(hù)細(xì)胞免受干旱脅迫的損害。

氮是植物生長發(fā)育過程中需求量最大的必需元素，缺氮嚴(yán)重抑制作物的生長發(fā)育以及最終的產(chǎn)量［54］。植物應(yīng)對不同的氮供應(yīng)有著復(fù)雜而精密的調(diào)控機(jī)制。Jiang等［40］通過乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)解析了茶樹幼苗在氮饑餓和恢復(fù)供氮條件下葉片乙酰化修飾蛋白質(zhì)的變化。恢復(fù)供氮后，光合作用、糖酵解、氨基酸代謝以及次級代謝（黃酮合成）相關(guān)的乙?；鞍踪|(zhì)發(fā)生顯著變化。例如，恢復(fù)供氮后，光合系統(tǒng)的天線蛋白LHCa1的豐度顯著上調(diào)，而LHCa3和LHCb6的豐度顯著下調(diào)，這表明可逆的乙?；揎椨绊懱炀€蛋白的功能，進(jìn)而調(diào)控不同氮供應(yīng)下葉片的光合速率。蛋白質(zhì)相互分析也表明，氮供應(yīng)相關(guān)的乙酰化蛋白質(zhì)的多種相互作用主要涉及光合作用和核糖體。此外，還發(fā)現(xiàn)類黃酮合成相關(guān)的蛋白質(zhì)苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia）、二氫黃酮還原酶（Dihydroflavonol 4-reductase）、柚皮苷3-雙加氧酶（Naringenin 3-dioxygenase）和查耳酮異構(gòu)酶（Chalcone isomerase）在短期恢復(fù)供氮（3 h）和長期恢復(fù)供氮（3 d）后具有差異的修飾變化。

值得注意的是，養(yǎng)分脅迫下，除了碳代謝和光合作用等初級代謝過程，更多次級代謝過程的乙?；揎椧舶l(fā)生特異性的響應(yīng)。三角褐指藻是一種重要的產(chǎn)油微藻，其生長和油脂的生物合成受環(huán)境養(yǎng)分的影響［55］。Chen等［41］通過乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)發(fā)現(xiàn)，幾乎所有參與脂肪酸合成的酶都被賴氨酸乙?；Ｆ渲?，長鏈乙酰輔酶A合成酶（Long-chain Acyl-CoA synthetase）為幾乎所有的脂肪酸代謝提供活性乙酰基。Western Blot分析顯示，該酶的乙?；稽c(diǎn)（K407和K425）的修飾水平受缺氮、缺磷和缺鐵脅迫影響。部分干燥處理的云杉體細(xì)胞胚處于一個缺水、缺營養(yǎng)和氧化脅迫的環(huán)境中。與非干燥處理相比，部分干化處理的云杉體細(xì)胞胚中的脂肪酸途徑也發(fā)生特異性富集［38］。這些次級代謝酶的快速可逆乙酰化修飾，在養(yǎng)分供應(yīng)響應(yīng)和適應(yīng)的調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮作用，有利于植物更加快速地應(yīng)對不利環(huán)境。

氧化脅迫是常見的非生物脅迫方式之一。H2O2氧化脅迫下，水稻葉片中有只有12%-32%的賴氨酸乙?；蜱牾；鞍踪|(zhì)的含量發(fā)生了變化，這表明這種調(diào)控是特異性［31］。差異蛋白質(zhì)在蛋白質(zhì)翻譯和折疊、光合作用和糖酵解等生物過程富集，且大部分（77%-87%）差異蛋白質(zhì)的含量發(fā)生下調(diào)。嘌呤核糖體和核小體裝配相關(guān)的乙?；稽c(diǎn)可能特異性地參與H2O2氧化脅迫的響應(yīng)。差異的乙?；揎椀鞍自谝胰┧岷投人岽x、谷胱甘肽代謝以及半胱氨酸和甲硫氨酸代謝等代謝途徑富集。綜上，這些逆境脅迫下的非組蛋白乙?；鞍踪|(zhì)組研究為植物應(yīng)對不利環(huán)境的響應(yīng)和適應(yīng)的調(diào)控機(jī)制研究提供了新的參考依據(jù)。

6 賴氨酸乙?；揎椇推渌鞍踪|(zhì)翻譯后修飾的交互作用

蛋白質(zhì)翻譯后修飾在代謝調(diào)控中具有快速、低耗和微調(diào)的特征［56-58］。除了乙?；揎?，非組蛋白的賴氨酸還可以被其它多種類型翻譯后修飾，如琥珀?；⊿uccinylation）［59］、泛素化（Ubiquitination）［60］和甲基化（Methylation）［61］等。同時，蛋白質(zhì)普遍存在磷酸化、糖基化等多種PTMs，賴氨酸乙酰化修飾與其它多種翻譯后修飾之間存在交互作用（Crosstalk），形成多位點(diǎn)修飾，相互激活或相互抑制，協(xié)同調(diào)控各種條件下的生命過程［62-63］。

6.1 賴氨酸琥珀?；揎?/h3>

除了賴氨酸乙酰化，琥珀?；彩琴嚢彼岬囊环N重要的可逆?；^程，在各種生物中廣泛存在［59］。賴氨酸琥珀?；瘜㈢牾；鶑溺贻o酶A（Succinylcoenzyme A）轉(zhuǎn)化到賴氨酸的ε-氨基側(cè)鏈［64］。很多賴氨酸乙?；奈稽c(diǎn)同時也是琥珀酰化的修飾目標(biāo)，因此，研究者會同時進(jìn)行賴氨酸乙?；顽牾；治?。水稻種子在吸脹24 h后，一共鑒定到389種乙酰化蛋白質(zhì)（699個乙?；稽c(diǎn)）和261種琥珀酰化蛋白質(zhì)中（665個琥珀?；稽c(diǎn)）［27］。其中，78個蛋白質(zhì)的133個位點(diǎn)同時被乙酰化和琥珀?；?。這些重疊的賴氨酸修飾位點(diǎn)更趨向發(fā)生在極性的酸性/堿性氨基酸區(qū)域，并且暴露在蛋白質(zhì)表面。這些蛋白質(zhì)幾乎涵蓋所有細(xì)胞功能，其中核糖體復(fù)合物和糖酵解/糖異生相關(guān)蛋白顯著富集。二穗短柄草幼苗葉片中鑒定到了353個乙?；鞍踪|(zhì)（636個乙酰化位點(diǎn)）和262個琥珀?；鞍踪|(zhì)（605個琥珀?；稽c(diǎn)）［35］。其中，119個蛋白質(zhì)和115個位點(diǎn)同時被乙?；顽牾；?。這些蛋白質(zhì)參與能量代謝、光合作用以及蛋白質(zhì)合成等，且近一半的修飾發(fā)生在葉綠素。與乙?；蚣谆啾龋牾；黾拥慕Y(jié)構(gòu)集團(tuán)更大，這將導(dǎo)致賴氨酸結(jié)構(gòu)改變更大，從而可能導(dǎo)致更為顯著的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的變化。因此，賴氨酸乙酰化和琥珀?；芸赡軈f(xié)同調(diào)控碳代謝和光合作用等重要生物過程。

6.2 蛋白質(zhì)磷酸化修飾

蛋白質(zhì)可逆磷酸化是一種植物中極為普遍的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，主要發(fā)生在絲氨酸、蘇氨酸以及酪氨酸上。蛋白質(zhì)磷酸化修飾幾乎參與了生命活動的所有過程，在信號傳導(dǎo)、細(xì)胞增殖、發(fā)育以及脅迫響應(yīng)中發(fā)揮重要作用［65］。蛋白質(zhì)磷酸化和賴氨酸乙?；@兩種重要的翻譯后修飾也存在交互作用。Uhrig等［23］通過解析擬南芥不同組織（幼苗、蓮座葉、根、花和長角果）在白天結(jié)束時（the end of day，ED）和晚上結(jié)束時（the end of night，EN）乙?；土姿峄鞍踪|(zhì)豐度的變化來闡述蛋白質(zhì)翻譯后修飾在調(diào)控植物的晝夜節(jié)律和光響應(yīng)的作用機(jī)制。組學(xué)分析一共鑒定出909個乙?；鞍踪|(zhì)和2549個磷酸化蛋白質(zhì)。其中，134種參與核心植物細(xì)胞過程（捕光和光合作用、翻譯、代謝和細(xì)胞運(yùn)輸）的蛋白質(zhì)同時被兩種修飾，這也表明這兩種修飾在這些關(guān)鍵過程中的調(diào)控作用。Zhu等［34］在發(fā)育中的小麥種子鑒定的68個乙?；鞍踪|(zhì)很可能受到磷酸化的影響。這些受磷酸化和乙?；揎椀牡鞍讌⑴c碳代謝、壓力防御和轉(zhuǎn)錄/翻譯等代謝過程。此外，計算機(jī)模擬也發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)賴氨酸乙?；稽c(diǎn)的定點(diǎn)突變都有可能影響其附近的磷酸化、甲基化和泛素化位點(diǎn)的修飾狀態(tài)［66］。這也表明了這些翻譯后修飾之間可能存在相互作用且相應(yīng)影響，協(xié)同調(diào)控生物過程。隨著蛋白質(zhì)修飾位點(diǎn)的種類和數(shù)量增多，PTMs之間的交互作用及其調(diào)控機(jī)制的復(fù)雜性隨之增加，檢測的難度也相應(yīng)增大［67］。迄今大量研究已經(jīng)證實(shí)了蛋白激酶、磷酸酶和泛素連接酶等在信號傳導(dǎo)過程中存在磷酸化和泛素化修飾的交互作用［62，68］。然而，有關(guān)植物中涉及非組蛋白的乙?；揎梾⑴c的PMTs的交互作用的系統(tǒng)研究仍然缺乏。今后，多種翻譯后修飾系統(tǒng)動態(tài)分析技術(shù)的發(fā)展將推動這一領(lǐng)域研究的研究。

7 問題與展望

隨著植物乙酰化蛋白質(zhì)組的不斷解析，夯實(shí)了乙酰化修飾的廣泛性和重要性。賴氨酸乙?；揎椪{(diào)控不僅僅發(fā)生在細(xì)胞核的組蛋白，更多的是全面參與葉綠體和線粒體等亞細(xì)胞器以及細(xì)胞質(zhì)中的多種代謝和功能的調(diào)控。非組蛋白乙?；揎椡ㄟ^多種機(jī)制影響蛋白質(zhì)功能，包括調(diào)節(jié)酶活性、蛋白質(zhì)穩(wěn)定、亞細(xì)胞定位、調(diào)控蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作，蛋白質(zhì)-DNA互作、與其他翻譯后修飾的共調(diào)控作用等［3］。然后，對于乙?；揎椖芊駞f(xié)同調(diào)節(jié)不同蛋白質(zhì)參與特定生物學(xué)過程或者脅迫響應(yīng)仍不清楚。今后，針對特定生物過程中乙?；揎椀娜鎰討B(tài)分析可能有助于了解乙酰化修飾在生長發(fā)育或應(yīng)對環(huán)境變化中不同蛋白質(zhì)中的協(xié)同調(diào)控過程。

毫無疑問，系統(tǒng)的非組蛋白賴氨酸乙?；g后修飾的研究將為調(diào)控機(jī)制和功能研究提供更多可靠的依據(jù)。目前的乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)解析的乙酰化蛋白很可能只是細(xì)胞內(nèi)乙?；揎椀囊徊糠?。Liu等［22］建立的CDG的蛋白質(zhì)分離和二甲基標(biāo)記的4C定量翻譯后修飾組學(xué)解析到更多的膜蛋白翻譯后修飾，這在其它常規(guī)的植物乙?；鞍踪|(zhì)組中沒有被發(fā)現(xiàn)。因此，該方法也為后續(xù)的植物非組蛋白乙?；揎椀难芯刻峁┮粋€參考。但是，該方法步驟繁瑣，對實(shí)驗(yàn)室儀器要求較高。因此，快速靈敏低成本的乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)技術(shù)仍有待開發(fā)。高效的檢測手段將加快推進(jìn)這一研究領(lǐng)域的進(jìn)展。

蛋白質(zhì)不僅可被賴氨酸乙?；揎?，同時也受到泛素化、SUMO（Small ubiquitin modifier）、甲基化等多種蛋白質(zhì)翻譯后修飾的調(diào)節(jié)［62-63，67-68］。這些翻譯后修飾過程相互影響相互作用，而且一直處于高度動態(tài)變化中。過去受檢測技術(shù)的限制，這些PTMs的交互作用沒有被系統(tǒng)的解析。因此，亟需提高基于質(zhì)譜的檢測手段在時間和空間的分辨率來實(shí)現(xiàn)多種PTMs的高通量檢測。今后，多種PTMs的交互作用的解析將為我們理解植物PTMs參與植物生長發(fā)育和應(yīng)對環(huán)境變化的調(diào)控機(jī)制提供全新的信息。

目前，植物應(yīng)對生物或非生物逆境脅迫的賴氨酸乙?；揎椀鞍踪|(zhì)組學(xué)受到越來越多的關(guān)注。這些研究不僅可以揭示了植物如何快速有效應(yīng)對環(huán)境脅迫，更可能為遺傳改良和育種提供了一種新的途徑。例如，植物中很多碳代謝和光合作用的代謝酶活力受到乙酰化修飾狀態(tài)的精密調(diào)控［19-21，23，32-33］。其中，Rubisco是光合作用的CO2固定的限速酶，其大亞基活性位點(diǎn)的乙?；揎棤顟B(tài)控制著其酶活力，通過設(shè)計非酶促乙?；揎椀拇x物可以控制Rubisco酶活力進(jìn)而提高植物的CO2固定效率［69］。因此，剖析關(guān)鍵蛋白在翻譯后修飾水平的調(diào)控機(jī)制是今后乙?；嚓P(guān)研究中的重要問題之一，包括賴氨酸修飾的動態(tài)變化以及與其他PTMs的交互作用。我們希望可以通過定點(diǎn)突變或者CRISPR/Cas技術(shù)將賴氨酸乙?；稽c(diǎn)改為乙酰化或非乙?；念愃莆铮M(jìn)而改變代謝酶活力等，最終實(shí)現(xiàn)植物的生長、產(chǎn)量或抗逆性的提高。