研究揭示O-糖基化修飾調控生物鐘周期的分子機制

生物鐘是植物細胞中感知并預測光照和溫度等環境因子晝夜周期性變化的精細時間機制，它通過協調代謝與能量狀態以適應環境因子的晝夜動態變化，從而為植物的生長發育提供適應性優勢。生物鐘周期紊亂會嚴重影響植物多種生理和發育關鍵過程，如開花時間和脅迫應答等。生物鐘核心因子的翻譯后修飾如磷酸化和泛素化等，可以精確調控生物鐘周期。O-糖基化修飾是一類新發現的蛋白質翻譯后修飾類型，其是否參與植物生物鐘精細調控及其相關機制還不清楚。

中國科學院植物研究所王雷研究組通過植物活體發光實驗結合生物鐘表型的計算分析發現，與動物中作為O-β-N-乙酰葡糖胺修飾轉移酶（O-GlcNAc）的SEC參與調控生物鐘周期不同，在植物中則主要是作為O-巖藻糖基化（O-Fucrose）修飾轉移酶的SPY特異調控生物鐘周期。通過構建細胞核和質特異定位的SPY蛋白表達載體，結合植物活體發光的實驗證據，發現SPY蛋白主要是在細胞核中參與調控生物鐘周期。進一步通過免疫共沉淀結合質譜分析、酵母雙雜交以及雙分子熒光互補等篩選SPY蛋白的互作蛋白組，發現SPY蛋白的TPR結構域可以與生物鐘核心組分PRR5蛋白的C-端在細胞核內互作，并將其O-巖藻糖基化。細胞學觀察和生化分析結果表明O-巖藻糖基化修飾不改變PRR5亞細胞定位，但會促進PRR5蛋白的降解，這也是*發現O-巖藻糖基化可以調控蛋白穩定性。遺傳學證據表明PRR5在遺傳上位于SPY的下游發揮作用。該研究結果表明盡管O-糖基化調節生物鐘周期在演化上具有保守性，其在哺乳動物中主要是通過O-GlcNAc糖基化修飾，而在高等植物中則是通過O-巖藻糖基化修飾，為翻譯后修飾精細調控生物鐘周期提供了新見解。