Ubiquitination of phytochrome synthase 1 precursor modulates carotenoid biosynthesis in tomato
- 作者
- Peiwen Wang, Yuying Wang, Weihao Wang, Tong Chen, Shiping Tian, Guozheng Qin
- 杂志
- Communications Biology（2020）
- DOI
- 10.1038/s42003-020-01474-3
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
类胡萝卜素生物合成的翻译后调控机制尚不清楚，特别是泛素化修饰如何调控类胡萝卜素生物合成。
研究策略
通过酵母双杂交筛选鉴定E3泛素连接酶PPSR1；利用CRISPR/Cas9敲除番茄PPSR1基因，分析果实类胡萝卜素含量；结合定量蛋白质组学和泛素化肽段组学鉴定底物，并通过分子互作和降解实验验证PPSR1对PSY1前体的泛素化降解。
核心内容
该研究揭示了E3泛素连接酶PPSR1通过泛素化降解番茄八氢番茄红素合酶1前体（PSY1前体），调控类胡萝卜素生物合成的翻译后机制。通过酵母双杂交筛选鉴定到PPSR1，利用CRISPR/Cas9敲除番茄PPSR1基因后发现果实提前着色，八氢番茄红素、番茄红素和β-胡萝卜素含量显著升高。定量蛋白质组学和泛素化肽段组学鉴定出288个差异表达蛋白，其中PSY1为PPSR1的直接底物。分子互作和降解实验证实PPSR1不依赖HSP70/HSP90分子伴侣，直接识别并介导PSY1前体泛素化，泛素化位点为Lys380和Lys406。ppsr1突变体果实中PSY1蛋白水平增加约3倍，而转录水平无显著变化，表明PPSR1通过调节PSY1蛋白稳态来控制类胡萝卜素积累。该发现首次阐明质体蛋白前体在胞质中被泛素化降解的调控路径，为通过操纵PPSR1活性培育类胡萝卜素富集的园艺作物提供了新策略。
创新点
首次揭示E3泛素连接酶通过靶向质体蛋白前体（PSY1前体）的泛素化降解来调控类胡萝卜素生物合成；发现PPSR1直接识别PSY1前体而不依赖HSP70/HSP90分子伴侣；鉴定出PSY1的两个功能性泛素化位点Lys380和Lys406。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 番茄 (Solanum lycopersicum) | 类胡萝卜素生物合成 | PPSR1 | PPSR1 | 调控 | E3泛素连接酶，通过泛素化降解PSY1前体调控类胡萝卜素合成 |
| 番茄 (Solanum lycopersicum) | 类胡萝卜素生物合成 | PSY1 | PSY1 | 催化 | 八氢番茄红素合酶1，类胡萝卜素生物合成的关键限速酶 |
| 番茄 (Solanum lycopersicum) | 泛素-蛋白酶体途径 | SIUBC32 | SIUBC32 | 调控 | E2泛素结合酶，与PPSR1互作并参与泛素化过程 |
关键发现
- PPSR1具有自泛素化活性，其半衰期约2.5小时
- PPSR1功能缺失导致番茄果实提前着色，类胡萝卜素（八氢番茄红素、番茄红素、β-胡萝卜素）含量显著升高
- 鉴定出288个差异表达蛋白
- PPSR1与PSY1前体互作并介导其泛素化降解
- PSY1的Lys380和Lys406是泛素化位点
- ppsr1突变体果实中PSY1蛋白水平增加约3倍，而PSY1转录水平无显著差异。
研究结论
PPSR1通过泛素化降解PSY1前体蛋白，调节PSY1蛋白稳态，进而调控番茄果实类胡萝卜素生物合成。这一机制为培育类胡萝卜素富集的园艺作物提供了策略。