2026年8月26日，《Nature Plants》杂志在线发表了海南大学唐朝荣教授、王将教授，广西大学明振华教授以及兰州大学刘建全教授团队合作完成的研究，论文题为“A conserved hexapeptide switch controls autoinhibition of plant cytosolic invertases”。研究团队系统揭示了植物胞质蔗糖转化酶（CINV）自抑制调控的分子基础，并鉴定出一个在陆地植物演化中高度保守的C端六肽基序，该基序通过磷酸化修饰和14-3-3蛋白招募实现了酶活性的双向调控。
蔗糖是植物体内最重要的能量运输和碳分配载体，其胞质内的不可逆分解主要由CINV家族酶完成。CINV在植物生长发育和逆境响应中的关键作用已在拟南芥、水稻、番茄等多个物种中得到遗传学验证，但该酶自身的活性调节机制长期缺少清晰的分子解释。CINV在体外检测中常常表现出活性偏低且不稳定的特性，这给相关研究带来了困难。研究团队通过对81个链型植物物种的基因组数据进行系统检索，发现CINV在整个链型植物谱系中广泛存在，而在较早分支的绿藻中则未见其分布，这一分布模式提示该酶家族在植物登陆过程中承担了特殊功能。
研究团队在酵母和原核表达系统中对来自不同演化节点的CINV同源蛋白开展了一系列截短实验。去除N端或C端可变区后，酶的催化活性均有上升，而同时去除两个末端区域则导致活性大幅增加，增幅在演化上较晚的种子植物中最为显著。这表明CINV的N端和C端区域协同抑制中央GH100催化结构域，并且这种自抑制强度在陆地植物演化过程中逐步增强。研究团队进一步利用酵母双杂交、pull-down和双分子荧光互补实验，证实AtCINV1的N端和C端均可以直接结合GH100结构域，其中N端的结合亲和力更强，这与N端具有更强抑制效果的观测结果一致。
研究团队通过系统截短和点突变，将C端的主要抑制区域定位到一个由六个氨基酸组成的线性基序上，该基序恰好处于此前鉴定的C端抑制性模体13内部。该六肽基序在早期链型藻类中序列变异较大，而在陆地植物中趋于高度保守，其共有序列由原始的TRSXpSW逐渐演变为[K/R]RSXpSW。研究团队还发现该六肽在自抑制之外承担了活化功能。他们以巴西橡胶树乳管中高表达的HbNIN2为切入点，通过pull-down联合质谱鉴定和酵母文库筛选，发现HbNIN2的C端T5区域可以发生磷酸化修饰，并由此招募14-3-3家族蛋白。体外激酶筛选、定点突变和竞争性荧光各向异性测定结果共同证实，该磷酸化修饰发生在六肽基序第4位的丝氨酸残基上，主要由钙依赖性蛋白激酶CPK4和CPK33催化完成。
氢氘交换质谱分析显示，14-3-3蛋白结合磷酸化的C端六肽后，GH100催化结构域中多个覆盖底物结合口袋的肽段溶剂可及性下降，这种构象变化与去除N端和C端自抑制区所引发的效应在结构上高度相似。酶活测定结果显示，加入14-3-3蛋白后磷酸化HbNIN2的活性在纳摩尔浓度下即呈现浓度依赖性上升。在橡胶树割胶过程中，14-3-3依赖性CINV活性组分占总可检测活性的约三分之二，并与单次割胶产量呈现显著正相关，说明该调控模块在天然橡胶生产中具有重要生理意义。研究团队在拟南芥cinv1;2双突变体中表达了携带祖先型六肽变体的AtCINV1，与野生型CINV相比，该变体在幼苗期和成熟期均表现出更高的蔗糖酶活性和更大的莲座叶面积，表明通过基因组编辑将CINV的六肽序列恢复为祖先形式，有望成为改良作物碳代谢和生长性能的一条新途径。
READING
BioPeers
热门跟贴