題目：Fungal-induced protein hyperacetylation in maize identified by acetylome profiling
期刊：PNAS
影響因子：9.504
主要技術(shù)：乙酰化蛋白質(zhì)組，iTRAQ
研究背景
賴氨酸乙酰化是關(guān)鍵的翻譯后修飾，可以調(diào)節(jié)一系列生物過(guò)程中多種蛋白質(zhì)。組蛋白乙酰化在植物防御中發(fā)揮重要作用，并且已知編碼乙酰轉(zhuǎn)移酶的病原體效應(yīng)蛋白可以直接乙酰化宿主蛋白。然而，尚不清楚內(nèi)源性植物酶是否可以在免疫應(yīng)答期間調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)乙酰化。效應(yīng)分子HC-毒素（HCT），一種由真菌玉米圓斑病菌種1（C. carbonum race 1）產(chǎn)生的組蛋白去乙酰化酶抑制劑，可以增強(qiáng)病原體感染玉米植物的能力。
研究?jī)?nèi)容及結(jié)果
1. 玉米免疫應(yīng)答定量分析
作者選擇hm1A玉米突變株作為研究對(duì)象，該突變株編碼缺陷NADPH依賴性還原酶（HCTR），不能使HCT失活，表現(xiàn)出對(duì)C. carbonum race 1的易感。隨后，作者將突變株進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理：（i）mock，模擬對(duì)照組；（ii）HCT，外源HCT處理組；（iii）Tox-，HCT缺陷型C. carbonum race 1感染組；（iv）Tox+，HCT表達(dá)型C. carbonum race 1感染組（圖1A）。實(shí)驗(yàn)處理22h后收集組織樣本（Tox +菌株易感染期間出現(xiàn)視覺(jué)癥狀之前）。然后，使用iTRAQ定量蛋白質(zhì)組和乙酰化修飾蛋白質(zhì)組技術(shù)進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)分析（圖1B），在本次實(shí)驗(yàn)中，iTRAQ蛋白質(zhì)組共定量到3636個(gè)蛋白，乙酰化修飾蛋白質(zhì)組共定量到912個(gè)蛋白和2791個(gè)乙酰化修飾位點(diǎn)。
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圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及蛋白質(zhì)組學(xué)定量結(jié)果
2. HCT誘導(dǎo)色氨酸生物合成蛋白和Bx植物抗毒素水平
為了研究HCT靶向促進(jìn)C. carbonum毒力的特定生物過(guò)程，作者對(duì)獲得的蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果進(jìn)行深入分析，篩選關(guān)鍵蛋白，發(fā)現(xiàn)了171個(gè)上調(diào)蛋白和116個(gè)下調(diào)蛋白（圖2A）。通過(guò)GO功能富集分析（圖3），發(fā)現(xiàn)差異蛋白在吲哚/色氨酸生物合成途徑發(fā)生顯著富集，同時(shí)HCT組和Tox+組中吲哚/色氨酸生物合成中每一步所需的蛋白質(zhì)表達(dá)均表現(xiàn)出上調(diào)趨勢(shì)（圖2B）。吲哚是Bx植物抗毒素前體物質(zhì)，為了確定上調(diào)的蛋白水平是否引起Bx的積累，作者選擇44小時(shí)后測(cè)量樣本總Bx含量，發(fā)現(xiàn)HCT組和Tox +組處理Bx含量水平明顯增加。結(jié)果表明C. carbonum 可以通過(guò)改變吲哚/色氨酸生物合成以實(shí)現(xiàn)感染玉米植株。
圖2 吲哚/色氨酸合成途徑中差異表達(dá)蛋白
圖3 GO富集分析
3. 病原體感染改變組蛋白和非組蛋白乙酰化
根據(jù)乙酰化修飾組學(xué)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)HCT處理后有62個(gè)乙酰化修飾肽段（155個(gè)乙酰化修飾位點(diǎn)）上調(diào)，9個(gè)乙酰化修飾肽段（12個(gè)乙酰化修飾位點(diǎn)）下調(diào)（圖4D）。隨后作者選用識(shí)別四乙酰化組蛋白H4（H4K5/ 8/12/16）的商業(yè)抗體進(jìn)行WB驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，修飾組學(xué)和獨(dú)立的WB結(jié)果均表明HCT和Tox+感染誘導(dǎo)的組蛋白H4四乙酰化發(fā)生在組蛋白H4賴氨酸殘基5、8、12和16上（圖4A，B）。此外，對(duì)乙酰化修飾GO注釋結(jié)果統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，HCT組中31個(gè)、Tox+組中有8個(gè)都和轉(zhuǎn)錄調(diào)控相關(guān)（圖4E），這些超乙酰化轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白包括基因特異性轉(zhuǎn)錄因、一般轉(zhuǎn)錄因子TFIID（TAF5和TAF6）的亞基、轉(zhuǎn)錄輔阻遏物、染色質(zhì)重塑酶和HAT酶等。已有研究結(jié)果表明，這些超乙酰化轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白能夠在植物免疫中發(fā)揮作用。
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圖4 乙酰化修飾蛋白質(zhì)組學(xué)分析
為了深入研究玉米整體乙酰化修飾組成，作者使用MapMan分析了乙酰化蛋白質(zhì)的功能類(lèi)別分布。結(jié)果顯示35個(gè)主要MapMan區(qū)域中有32個(gè)功能類(lèi)別中的蛋白質(zhì)含有乙酰化蛋白質(zhì)（圖5），這說(shuō)明HCT可以廣泛調(diào)控玉米中蛋白乙酰化修飾。綜上，HCT不僅可以調(diào)控組蛋白的乙酰化修飾，還可以調(diào)控非組蛋白的乙酰化修飾。
圖5 MapMan分析
文章小結(jié)
在玉米中存在廣泛的乙酰化修飾，利用外源HCT處理玉米hm1A突變株，發(fā)現(xiàn)HCT能夠通過(guò)調(diào)節(jié)植物酶活性進(jìn)而改變免疫應(yīng)答過(guò)程中的組蛋白和非組蛋白乙酰化水平，而病原菌在感染玉米植株時(shí)，可能利用HCT重編程植物中與感染相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致植物產(chǎn)生無(wú)效的防御反應(yīng)。
解析文獻(xiàn)
Justin W. Walley, Maxwell R, et al. McReynolds Fungal-induced protein hyperacetylation in maize identified by acetylome profiling. PNAS, 2018 , 115 (1) :210-215
參考文獻(xiàn)
1. Liu H, Sadygov RG, Yates JR. A model for random sampling and estimation of relative protein abundance in shotgun proteomics. Anal Chem, 2004, 76:4193–4201.
2. Smith-Hammond CL, Swatek KN, et al. Initial description of the developing soybean seed protein Lys-N(e)-acetylome. J Proteomics, 2014, 96:56–66.
3. Downey M, et al. Acetylome profiling reveals overlap in the regulation of diverse processes by sirtuins, gcn5, and esa1. Mol Cell Proteomics, 2015, 14:162–176.
4. Xiong Y, Peng X, Cheng Z, Liu W, Wang G-L.A comprehensive catalog of the lysine-acetylation targets in rice (Oryza sativa) based on proteomic analyses.J Proteomics, 2016, 138:20–29.
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