《Journal of Plant Growth Regulation》：O-Glycosylation as a Key Regulator of Nutrient and Stress Signaling Pathways in Plants: New Insights and Future Directions
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植物通过不断调整其生长、代谢和胁迫响应，以适应波动的养分可利用性和环境条件。翻译后修饰（PTMs）在协调这些适应过程中发挥重要作用；然而，O-糖基化对植物营养响应信号传导的贡献仍未得到充分理解。本综述重点阐述了由糖基转移酶SPINDLY（SPY）和SECRET
植物通过不断调整其生长、代谢和胁迫响应，以适应波动的养分可利用性和环境条件。翻译后修饰（PTMs）在协调这些适应过程中发挥重要作用；然而，O-糖基化对植物营养响应信号传导的贡献仍未得到充分理解。本综述重点阐述了由糖基转移酶SPINDLY（SPY）和SECRET AGENT（SEC）介导的O-岩藻糖基化和O-GlcNAc糖基化，作为植物营养和能量感知网络核心调控因子的新兴作用。本综述讨论了这些修饰如何将碳、氮和糖信号与关键调控通路（包括SnRK1、TOR以及激素相关的信号级联）整合，以调节植物生长、发育和胁迫适应。重点强调了O-糖基化与其他PTMs（如磷酸化和泛素化）之间的动态串扰，在调节蛋白质稳定性、信号特异性和代谢稳态以响应变化的环境条件中的作用。糖蛋白组学方法、邻近标记蛋白质组学、基于CRISPR的基因组编辑以及多组学整合的最新进展，显著加速了植物中O-糖基化蛋白的鉴定和功能表征。从应用角度来看，研究人员进一步讨论了靶向O-糖基化通路以提高养分利用效率、胁迫恢复力以及在气候变化情景下可持续作物生产力的潜力。总而言之，本综述为理解O-糖基化在植物营养信号传导中的调控意义提供了一个最新框架，并强调了其在未来作物改良策略中的新兴潜力。
营养响应信号通路
植物持续监测并响应养分可利用性的变化，以维持代谢和发育稳态。糖、氮和激素信号通路与O-糖基化的整合串扰，通过TOR、SnRK1、HXK、SPY、DELLA、NRT1.1/NRT2.1以及GS–GOGAT等组分，共同塑造了植物的生长与胁迫驯化过程。
糖信号网络
已糖激酶（HXK）依赖通路是最为明确的糖感知通路之一；HXK不仅作为糖酵解酶发挥功能，还作为传感器影响光合作用、代谢和胁迫响应相关基因的表达。SnRK1（SNF1相关激酶1）通路通过感知升高的AMP/ADP比值来感知能量耗竭，在养分限制期间激活分解代谢过程，而TOR激酶则在葡萄糖和氨基酸充足条件下驱动合成代谢生长。这些拮抗性信号通路通过相互调节维持细胞稳态，精细调控植物代谢以响应蔗糖、葡萄糖和海藻糖-6-磷酸水平的波动。SnRK1-TOR轴的精确协调对于在动态养分条件下平衡生长促进与能量保存至关重要。
氮感知与同化
氮可利用性是植物生产力的关键限制因子。根定位的硝酸盐转运蛋白NRT1.1和NRT2.1兼具转运蛋白和传感器双重功能，直接将外部氮可利用性与内部信号级联联系起来。通过GS-GOGAT循环进行的氮同化与碳代谢表现出紧密的串扰，其中蔗糖输出在氮限制下抑制谷氨酰胺合成酶活性，以保存碳骨架用于胁迫驯化。O-糖基化被认为是氮代谢的候选调控因子：SEC介导的谷氨酰胺合成酶O-GlcNAc糖基化可能调节氮同化通量，而SPY依赖的NRT1.1 O-岩藻糖基化可能精细调控硝酸盐感知敏感性。这些位点特异性修饰尚未在生化水平上被直接证实，主要依据通路水平和遗传学证据推断；如果得到确认，GS Ser/Thr残基上O-GlcNAc糖基化与磷酸化之间的竞争将代表一个整合碳-氮状态的动态开关，以优化氮利用效率和生长适应。
与激素调控的整合
SPINDLY（SPY）作为O-连接N-乙酰葡糖胺转移酶和赤霉素（GA）信号的负调控因子发挥作用。SPY还参与细胞分裂素信号传导，并可能通过GA-细胞分裂素串扰整合环境胁迫响应。关于SEC的精确激素靶标存在相互矛盾的证据，且TOR/SnRK1激酶本身是否经历O-糖基化仍属未知。
作为营养传感器的翻译后修饰
翻译后修饰为植物提供了快速且可逆的机制，以响应变化的细胞和环境条件调节蛋白质功能。O-糖基化、磷酸化和泛素化代表了能影响植物生长、代谢和胁迫响应的重要调控机制。
O-糖基化
O-糖基化是一种营养响应性翻译后修饰，将细胞内糖和氮状态与发育及代谢调控联系起来。该修饰由两种关键糖基转移酶催化：SPINDLY（SPY），一种O-岩藻糖基转移酶，和SECRET AGENT（SEC），一种O-GlcNAc糖基转移酶。SPY将岩藻糖从GDP-岩藻糖转移至核和细胞质蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基，而SEC利用UDP-GlcNAc催化O-GlcNAc糖基化，两种核苷酸糖均直接来源于中心碳水化合物代谢。结构上，SPY和SEC含有四肽重复（TPR）结构域，介导底物识别和蛋白质-蛋白质相互作用，从而在复杂信号网络中赋予特异性。
磷酸化与泛素化
TOR和SnRK1例证了可逆磷酸化如何将营养和能量状态转化为蛋白质活性状态之间快速、相反的转变。泛素化通过连续的E1-E2-E3酶级联，靶向包括转录因子和受体激酶在内的营养信号组分，进行精确的26S蛋白酶体降解。磷酸化和泛素化均与O-糖基化在共享底物的共同Ser/Thr残基上竞争，产生营养响应性蛋白质变体多样性。
PTMs间的串扰与协同
O-GlcNAc糖基化与磷酸化在共享Ser/Thr残基上的相互作用充当分子开关，精细调控营养传感器（TOR、NRT1.1）的激活、定位和相互作用。SPY介导的O-岩藻糖基化通过调节磷酸化依赖的泛素连接酶招募和26S蛋白酶体降解来影响蛋白质周转。泛素化防止营养信号过度激活，而SUMO化调节胁迫响应性转录因子。
O-糖基化介导的分子网络
O-糖基化代表翻译后调控的一个重要调节层面，将营养可利用性与转录、激素和代谢控制相结合。
转录因子和激酶的调控
在关键能量传感器SnRK1和TOR网络中，特定调节亚基被提议可能被O-糖基化修饰，潜在影响其稳定性、亚细胞定位和/或酶活性。SPY最初被鉴定为GA信号的负调控因子，参与修饰DELLA蛋白和其他转录因子，以改变其对激素和营养状态的敏感性和响应性。
动态控制与可逆性
O-糖基化的一个突出特征是其动态性和易调节性，功能可快速适应养分可利用性的变化。GDP-岩藻糖和UDP-GlcNAc等细胞内聚糖供体库直接截获由可用养分产生的代谢通量，提供了代谢通量动态影响翻译后修饰动态的焦点。这种时间控制可能充当代谢变阻器，在能量匮乏时转向SnRK1主导的分解代谢，在营养充足条件下转向TOR主导的生物合成。
底物选择性与定位
SPY和SEC均表现出由独特肽基序和结构背景决定的底物偏好。SPY的TPR结构域与多种蛋白质伙伴建立相互作用，而SEC的催化结构域与动物O-葡萄糖基转移酶相比表现出保守的结构特征，但含有植物特异性适应以进行底物识别。邻近标记蛋白质组学已鉴定出SPY和SEC在转录调控因子和染色质重塑因子中的瞬时相互作用物。
O-糖基化在胁迫适应中的作用
干旱胁迫下，O-GlcNAc糖基化与脱落酸（ABA）介导的信号通路相关联，调节气孔关闭和水分利用效率，并可能与SnRK2激酶的磷酸化依赖调控相互作用。盐胁迫下，O-岩藻糖基化被提议影响转运蛋白稳定性和渗透调节物质积累。SPY突变体表现出对盐和干旱胁迫改变了的敏感性。光强度波动影响碳水化合物代谢和UDP-GlcNAc及GDP-岩藻糖等糖核苷酸供体的可利用性。在养分缺乏方面，碳饥饿诱导的O-GlcNAc糖基化下降可能特别促进SnRK1激活以动员储存养分并生成ATP，而养分充足条件可能升高O-糖基化以强化TOR驱动的合成代谢生长。
组学与翻译后研究的技术进展
邻近标记蛋白质组学通过BioID和TurboID策略能够生物素化活细胞内的邻近蛋白，恢复响应养分可利用性变化或胁迫刺激而组装的动态蛋白质-蛋白质关联网络。基于质谱的糖蛋白组学提供了互补方法，包括凝集素和亲和富集、亲水相互作用色谱、多孔石墨碳、化学偶联策略和生物正交化学工具。CRISPR/Cas系统能够高效引入SPY、SEC和其他O-糖基化机制组分的功能丧失和功能获得等位基因。多组学整合将蛋白质组学、转录组学、代谢组学和糖组学数据相关联，使得将代谢通量、PTM动态和基因表达谱联系起来成为可能。
农业与生物技术应用
SPY和SEC整合营养、激素和环境输入，代表调节作物性能的有吸引力的分子靶标。精细调控SPY活性可能优化能量再分配和氮再动员，而调控SEC活性可能增强合成代谢过程和营养移除后的再生。合成生物学为重建和重编程PTM网络提供了工具。通过调节O-糖基化模式精细调控ABA、GA和TOR信号通路中的关键参与者，可能在不影响生长的情况下增加非生物胁迫耐受性。
未来方向
一个主要未解问题涉及SPY和SEC底物特异性的分子决定因素。O-糖基化与其他PTMs（特别是磷酸化和泛素化）之间的相互作用代表了一个 largely 未探索的调控层面。单细胞和结构糖蛋白组学应用的前沿在于解析O-糖基化的空间和时间动态。将AI驱动的蛋白质组建模与基因组编辑技术相结合，为植物生物技术提供了有前景的机会。机器学习方法可能实现糖基化位点、相互作用网络和PTM功能效应的预测。
