蓝藻里的“蛋白质化妆师”：CddA和cGNAT2如何用 “巴豆酰化”调亮光合作用？

摘要：近期，中国科学院水生生物研究所的研究团队在《New Phytologist》杂志发表研究论文 “The role of CddA and cGNAT2 in crotonylation of proteins in cyanobacteria”。该研究揭示了蓝

近期，中国科学院水生生物研究所的研究团队在《New Phytologist》杂志发表研究论文 “The role of CddA and cGNAT2 in crotonylation of proteins in cyanobacteria”。该研究揭示了蓝藻中赖氨酸巴豆酰化修饰的关键调控机制，阐明了cGNAT2和CddA通过调控光系统蛋白修饰影响光合作用的分子路径。

蓝藻作为地球上最古老的产氧光合生物，其光合效率调控机制对理解生命演化至关重要。研究团队以模式蓝藻Synechococcus sp. PCC 7002为对象，通过蛋白修饰水平检测和酶活性实验，发现cGNAT2具有赖氨酸巴豆酰转移酶功能，可催化蛋白质发生巴豆酰化；而CddA则作为去巴豆酰化酶，负责移除这一修饰。

研究首先通过检测蛋白质整体 Kcr 修饰水平和酶活性实验，筛选Syn7002中潜在的Kcr调控酶。结合label-free定量蛋白质组学技术，对富集的巴豆酰化肽段进行分析，鉴定这些调控酶的内源性底物。为验证酶功能，开展了体外酶活实验，并通过免疫沉淀、Western blot及生物层干涉技术探究酶与底物的相互作用。同时，构建基因突变体，结合光合参数测定，揭示修饰对蓝藻生长和光合效率的影响。

研究发现，cGNAT2是赖氨酸巴豆酰转移酶，可催化蛋白质发生Kcr修饰；CddA则作为去巴豆酰化酶，负责移除这一修饰。通过定量巴豆酰化组分析，鉴定到 cGNAT2 调控的536个Kcr位点和CddA靶向的360个位点，涉及的蛋白质多参与代谢和光合作用。其中，光系统I亚 II（PsaD）的Kcr水平受二者共同调控：cGNAT2缺失会降低其修饰水平，CddA缺失则使其升高。进一步实验表明，PsaD的K28和K108位点巴豆酰化缺失会导致蓝藻生长减缓、光合电子传递效率下降，说明该修饰通过影响 PsaD 结构或累积修饰效应调控光合功能。

最终研究明确了cGNAT2 和 CddA 作为蓝藻 Kcr 修饰的 “调控搭档”，通过调控 PsaD 的巴豆酰化水平影响光合作用的分子机制。

该研究首次在蓝藻中鉴定出Kcr修饰的“写入器”和“擦除器”，填补了光合原核生物Kcr调控机制的空白；发现光系统I核心亚基的巴豆酰化修饰新机制，为光合调控网络提供了翻译后修饰层面的新解释；通过多组学与功能验证结合，建立了 Kcr 修饰与蓝藻生长及环境适应的关联，为理解古老光合生物的代谢调控策略提供了新视角。