蛋白磷酸化调控枸杞(Lycium barbarum)糖酵解与信号转导通路响应盐胁迫的分子机制

《BMC Plant Biology》：Glycolysis and signal transduction participate in Lycium barbarum in response to NaCl stress through protein phosphorylation

本研究针对枸杞(Lycium barbarum)耐盐分子机制不明的问题，通过TMT磷酸化蛋白质组学结合生理指标分析，揭示了NaCl胁迫下2189个差异磷酸化肽段的动态变化。研究发现盐胁迫通过蛋白磷酸化激活糖酵解途径（如PFK、GAPDH等酶活性变化），促进ABA、JA和SA等激素信号积累，并触发MAPK级联反应（如SnRK2、RbohC等磷酸化调控ROS平衡），为枸杞耐盐品种改良提供了分子靶点。论文发表于《BMC Plant Biology》，为解析植物磷酸化网络响应逆境提供了新视角。

　　

论文解读

在全球土壤盐渍化加剧的背景下，盐胁迫已成为制约农作物生长和产量的主要非生物胁迫之一。作为兼具经济价值和药用价值的特色作物，枸杞(Lycium barbarum)虽具有一定耐盐性，但其在高盐或复合胁迫下的分子响应机制尚不明确。传统研究多关注枸杞盐胁迫下的形态和生理变化，如光合效率下降、离子失衡等，但对蛋白翻译后修饰（尤其是磷酸化）如何调控其耐盐性缺乏系统解析。这项由宁夏大学等单位合作的研究，首次整合磷酸化蛋白质组学与生理学分析，揭示了枸杞通过动态磷酸化网络协调能量代谢与信号转导以应对盐胁迫的分子策略，为耐盐枸杞品种的分子设计提供了理论依据。

研究团队采用TMT（串联质量标签）磷酸化蛋白质组学技术，结合PRM（平行反应监测）靶向验证，分析了0-300 mM NaCl处理7天的枸杞叶片样本。通过测定糖酵解关键酶活性（如FBPase、PGK）和激素含量（ABA、JA-Ile等），辅以H₂O₂和NAD⁺/NADH等代谢物检测，构建了磷酸化修饰与生理响应的关联网络。

糖酵解途径的磷酸化重编程
研究发现盐胁迫诱导葡萄糖积累（200 mM时达峰值），同时通过磷酸化调控糖酵解酶活性：

• ?正向调控：FRK2（果糖激酶）、GAPDH（甘油醛-3-磷酸脱氢酶）等磷酸化水平升高，促进1,3-二磷酸甘油酸生成，伴随NAD⁺/NADH比值下降（图8B-C）。
• ?负向调控：FBPase（果糖-1,6-二磷酸酶）磷酸化降低抑制糖异生，而PDHA（丙酮酸脱氢酶）磷酸化增强推动乙酰-CoA进入TCA循环（图7E-F）。这种“能量开源节流”策略保障了盐胁迫下的ATP供应。

激素信号通路的磷酸化枢纽
盐胁迫（≥200 mM）显著提升ABA、JA-Ile和SA含量（图8D-I），关键调控节点包括：

• ?ABA信号：PP2C（蛋白磷酸酶2C）去磷酸化解除对SnRK2.6（OST1）的抑制，后者通过磷酸化SLAC1（阴离子通道）和RbohC（NADPH氧化酶）触发气孔关闭与ROS信号（图9）。
• ?JA平衡：LOX1.5（脂氧合酶）和OPR3（12-氧代植物二烯酸还原酶）磷酸化促进JA合成，但MYC2（转录因子）磷酸化下调避免过度生长抑制（表S1）。

MAPK级联的ROS-Ca²⁺协同调控
盐胁迫激活Ca²⁺通道（如CAX2磷酸化），通过CDPK-CBL-CIPK网络启动MAPK信号：

• ?ROS放大：RbohC和NTF4（MAPK家族）磷酸化增强H₂O₂积累（图8J），形成与SnRK2的正反馈循环。
• ?防御整合：MPK9磷酸化上调抗氧化酶（如Cu-Zn-SOD），而YODA-MKK4/5-MPK3通路协调发育与胁迫响应（表S1）。

结论与意义
该研究阐明了枸杞耐盐性的三层调控机制：1）磷酸化驱动糖酵解流量优化能量供应；2）ABA/JA/SA激素网络通过SnRK2-MAPK交叉对话协调胁迫响应；3）ROS-Ca²⁺信号枢纽整合环境感知与基因表达调控。这些发现不仅填补了枸杞耐盐分子机制的空白，还为利用磷酸化编辑技术培育抗逆作物提供了新靶点。未来研究可延长胁迫时间梯度，结合基因编辑验证关键磷酸化位点的功能，进一步推动耐盐枸杞的分子育种实践。