摘要：精准医学与蛋白组学关注国内外蛋白组学、蛋白修饰组学应用领域的科研进展，普及蛋白组学在生命科学及基础医学研究中的应用，一起交流学习。如有侵权请联系后台删除
精准医学与蛋白组学关注国内外蛋白组学、蛋白修饰组学应用领域的科研进展，普及蛋白组学在生命科学及基础医学研究中的应用，一起交流学习。如有侵权请联系后台删除
豆科植物与根瘤菌的共生固氮是农业生态系统中高效氮循环的核心，大豆作为重要豆科作物，其与根瘤菌的共生结瘤效率直接影响产量与品质。其中，活性氧（ROS）的动态平衡是关键，但其调控机制尚未阐明。
研究表明，硫巯基化修饰（Persulfidation）可参与调控活性氧介导的氧化还原损伤，此外还被证实参与植物抗逆、激素信号等过程。此前华中农大小林教授团队揭示了S-硫巯基化修饰调控稻瘟菌致病新机制。但其在豆科-根瘤菌共生中的功能及调控通路，仍是亟待破解的科学问题。
9月12日，西北农林科技大学韦革宏、陈娟团队在植物学领域TOP期刊Molecular Plant（IF=24.1）上发表了题为“Persulfidation of host NADPH oxidase RbohB by rhizobial 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase maintains redox homeostasis and promotes symbiotic nodulation in soybean”的研究成果。该研究通过蛋白质组学、修饰位点鉴定等技术，首次揭示了根瘤菌分泌的3-巯基丙酮酸硫转移酶（3MST）通过硫巯基化修饰促进根瘤发育和固氮的分子机制。
研究通过蛋白质组学鉴定到3MST的关键通路及调控因子，并通过修饰位点鉴定明确了RbohB的修饰位点及功能，阐明了3MST对大豆膜蛋白RbohB的Cys791位点进行硫巯基化修饰，抑制其活性以避免ROS过量积累，最终促进结瘤与固氮，为优化大豆共生固氮效率提供了全新靶点。景杰生物为该研究提供了蛋白质组学和定制抗体技术服务。
1、3MST是大豆-根瘤菌共生结瘤与氮代谢的关键调控因子
此前研究表明，3MST（参与硫化氢生成及氧化还原平衡的调控酶）对于维持细菌中细胞氧化还原稳态至关重要，但其是否参与豆类-根瘤菌共生过程及根瘤形成，目前仍然未知，因此研究聚焦于该因子进行了深入探究。
构建根瘤菌Δ3MST突变体，研究发现其结瘤数、有效根瘤数显著下降，叶片黄化（缺氮症状）且含氮量显著降低，大豆结瘤关键基因表达量显著下调。此外，Δ3MST突变体植株出现ROS过量积累和氧化损伤。外源添加HS不能回补这些表型，表明3MST的作用不仅在于产生HS，更在于直接调控ROS稳态。
2、根瘤菌3MST分泌至大豆细胞并与宿主RbohB直接互作
研究进一步对WT和Δ3MST突变体植株进行转录组和蛋白质组分析。转录组发现NADPH氧化酶家族基因RbohB的表达在共生早期与根瘤形成时期显著上调；蛋白质组学分析鉴定到48个受3MST调控的差异蛋白，主要参与H₂O₂响应、细胞壁代谢等过程。且根瘤中丙二醛（MDA，氧化损伤标志物）含量升高，过氧化氢酶（CAT，关键抗氧化酶）活性下降。
研究进一步通过亚细胞定位、Pull-down、Co-IP等实验进一步证实，3MST具有非经典分泌潜力，可定位于大豆根细胞的细胞核、细胞膜及根瘤固氮区的共生体膜。且与大豆细胞膜上的RbohB发生互作。结果揭示了根瘤菌分泌蛋白与宿主膜蛋白的跨界互作模式，为后续解析修饰调控机制奠定基础。
3、3MST通过硫巯基化修饰RbohB抑制其活性并促进结瘤
鉴于3MST具有硫基转移酶活性，可通过硫巯基化修饰调控蛋白功能。因此研究推测3MST可能通过硫巯基化修饰影响RbohB活性。
研究通过基于质谱的修饰位点鉴定及点突变实验，证实了3MST可特异性对RbohB的Cys791位点（进化上高度保守）进行硫巯基化修饰，显著抑制RbohB的NADPH氧化酶活性。最后的遗传互补实验发现，RbohB过表达植株结瘤和固氮受到抑制，ROS水平升高；而RbohB干扰（RNAi）或硫巯基化修饰位点突变（C791A）植株则表现出结瘤增加、固氮能力增强和ROS水平适度降低。
以上结果提示，3MST介导的RbohB Cys791硫巯基化修饰是调控大豆结瘤的核心机制。
综上所述，本研究通过蛋白质组学、硫巯基化修饰组学，证实了“3MST→RbohB→ROS→结瘤/固氮”的调控通路，即根瘤菌3MST通过非经典分泌进入大豆细胞，以硫巯基化修饰调控宿主RbohB活性、维持ROS稳态，进而促进共生结瘤的分子通路。该研究不仅首次揭示了跨界巯基化修饰在豆科-根瘤菌共生中的功能，也为通过基因编辑优化大豆固氮效率提供了关键靶点。
本研究的突破凸显了多组学联合分析在解析复杂生物学机制中的优势：转录组快速定位差异表达基因，蛋白质组筛选关键调控通路和蛋白，修饰位点鉴定明确功能调控位点，三者层层递进，高效锁定核心调控通路，为“翻译后修饰调控跨界共生”提供了典范。
景杰生物作为修饰组学领域的领跑者，提供的基于质谱的半胱氨酸氧化还原修饰组学（整体氧化还原修饰、S-亚硝基化修饰、S-谷胱甘肽化修饰、S-次磺酸化修饰、S-硫巯基化修饰等）可以对修饰蛋白和位点进行定性、定量和功能分析，具有高通量、更精确、更全面、更新颖等优势，合作文章发表在Circulation、Nature Communications等权威期刊。
来源：景杰生物