对参与番茄果实成熟过程的蛋白质糖基化相关基因进行的全基因组筛选和功能分析

《Plant Science》：Genome-wide screening and functional analysis of protein glycosylation-related genes involved in tomato fruit ripening

　　

摘要

蛋白质糖基化是一种重要的共翻译和翻译后修饰方式，在植物生长、发育和应激反应中起着关键作用。然而，其在番茄果实成熟过程中的功能作用尚未得到充分研究。本文通过全基因组筛选鉴定了与番茄果实成熟相关的主要蛋白质糖基化相关基因，并对其进行了功能分析。首先，基于番茄中的基因本体（Gene Ontology）注释，结合与拟南芥（Arabidopsis thaliana）和人类（Homo sapiens）中蛋白质糖基化相关蛋白的序列同源性，建立了一个包含242个糖基化相关蛋白的数据集。随后，选择了在果实成熟期（breaker stage，BR）表达量较高的28个糖基化相关蛋白基因（RPKM > 30）进行功能筛查，最终通过病毒诱导基因沉默（VIGS）方法确定其中6个基因为果实成熟的调控因子。其中，Solyc03g098600（STT3B）、Solyc01g109410（OST48）、Solyc04g082670（RPN1）和Solyc08g076460（DAD1）作为番茄果实成熟的正向调控因子，而Solyc04g005340（UAM2）和Solyc08g075340（XEG113）则起负向调控作用。这些基因的表达对多种与成熟相关的信号（如温度、光照、乙烯和转录因子）具有动态响应。此外，单独沉默这些基因会影响参与果实成熟的基因表达，包括乙烯生物合成基因（ACS2、ACS4、ACO1和ACO3）、与成熟相关的转录因子（RIN、NOR、NOR-LIKE1、FUL1和FUL2）以及番茄红素生物合成途径中的关键基因（PSY1）。总体而言，这些发现表明蛋白质糖基化通过调节乙烯信号传导、与成熟相关的转录调控和番茄红素生物合成在番茄果实成熟过程中发挥着重要作用。

章节片段

背景

果实成熟是一个高度协调且动态的发育过程，包括果实软化、色素积累、香气产生以及营养物质的生物合成（Giovannoni等人，2017）。这一过程在多个层面上受到严格调控，包括关键转录因子的转录调控（Manning等人，2006）、表观遗传修饰（Zhong等人，2013）以及翻译后修饰（Giovannoni，2004），如泛素化、磷酸化等（Li等人）。

番茄中蛋白质糖基化相关蛋白的全基因组筛选

通过结合基因本体（GO）注释和基于同源性的搜索策略对番茄中的蛋白质糖基化相关蛋白进行了筛选。首先从Gene Ontology AmiGO数据库中检索了与蛋白质糖基化和糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定修饰相关的GO术语（访问日期：2023年3月）。然后从UniProt下载了带有GO注释的人类、拟南芥和番茄的蛋白质组数据。

番茄蛋白质糖基化相关蛋白数据库

为了建立一个全面的番茄蛋白质糖基化相关蛋白数据库，我们首先从番茄蛋白质组中筛选出了潜在的糖基化相关蛋白。从ITAG2.4蛋白质组中利用相关的基因本体（GO）注释获得了163个糖基化相关蛋白（详见补充表1和补充表4）。在拟南芥中，基于UniProt GO也检索到了181个糖基化相关蛋白。

讨论

蛋白质糖基化影响蛋白质的折叠、溶解性、稳定性和活性（Mendez-Ya?ez等人，2021），因此在植物发育（Liebminger等人，2009）和抗逆性（Kang等人，2008；Lane等人，2001）中起着关键作用。然而，仅有少数糖基化相关蛋白被报道对果实成熟有影响（Mendez-Ya?ez等人，2021；Xu等人，2023）。本文研究了这些蛋白在番茄果实成熟过程中的作用。

（Livak等人，2001；Nicholas等人，2020；Paulick等人，2008；Roboti等人，2012；Roycewicz等人，2014；Wilson等人，2007）

王春阳： 软件开发、方法论设计。 任娜： 软件开发、方法论设计。 韩阳阳： 软件开发、方法论设计。 刘毅： 软件开发、方法论设计、概念构思。 吴佩文： 软件开发、方法论设计。 边征： 软件开发、方法论设计。 王彩莲： 软件开发、方法论设计。 朱本忠： 文章撰写、审稿与编辑、概念构思。 李博文： 文章初稿撰写、方法论设计、数据整理。

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（32272373）和中国国家重点研发计划（2022YFD2100103）的支持。

李博文负责实验实施和文章撰写。李博文和朱本忠设计了实验方案。刘毅、吴佩文、边征、王彩莲、王春阳、任娜和韩阳阳提供了技术支持、概念建议和数据分析。朱本忠负责文章的审稿与编辑。