N-糖基化修饰是一种普遍且重要的蛋白质翻译后修饰，调控蛋白质折叠、运输及生物学功能，在植物生长发育和胁迫响应中起关键作用。水稻是全球近一半人口的主食，在全球粮食生产中具有举足轻重的地位。近年来，随着全球人口的持续增长和生活水平的提高，对水稻产量和品质的需求日益增加。已有研究表明，N-糖基化修饰通过调节根系发育、分蘖数及籽粒重量等过程，对水稻的生长和产量具有显著影响。然而，由于植物N-糖基化修饰的复杂性和鉴定技术的限制，其在水稻等作物中的研究进展相对缓慢。
点击化学是一种高效、简便且选择性极高的化学反应，广泛应用于有机合成、材料科学及生物学研究。Carolyn R. Bertozzi等三位科学家因点击化学的发现及其生物学应用荣获2022年诺贝尔化学奖。作为点击化学的经典反应，叠氮基（–N₃）与炔烃基（–C≡C）通过环加成反应生成稳定的1,2,3-三氮唑结构，具有高效和精准的特点。然而，将此反应用于作物N-糖基化修饰研究的报道仍然缺乏。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士团队与北京大学陈兴教授团队合作，在蛋白质组学国际权威期刊《Molecular & Cellular Proteomics》上在线发表了题为“Chemical glycoproteomic profiling in rice seedlings reveals N-glycosylation in the ERAD-L machinery”（DOI:10.1016/j.mcpro.2024.100883）的研究论文，首次采用基于点击化学的方法系统地鉴定了水稻N-糖基化修饰蛋白并解析其功能。
该研究运用点击化学结合代谢糖标记（metabolic glycan labeling, MGL）策略，全面分析了水稻幼苗中的N-糖基化修饰蛋白组。研究人员比较了不同含有生物正交基团的单糖类似物，最终选用N-叠氮乙酰基半乳糖胺（GalNAz）作为水稻幼苗的代谢糖标记物。随后，利用点击化学与亲和探针富集了GalNAz标记的糖蛋白，并通过质谱分析鉴定出403个N-糖基化修饰位点和673个N-糖基化修饰蛋白，其中519个为首次鉴定的N-糖基化修饰蛋白。鉴定到的N-糖基化修饰蛋白参与了多个重要的生物学过程，研究发现，内质网相关蛋白降解（ERAD）通路的核心组分广泛存在N-糖基化修饰，这一修饰对ERAD-L功能至关重要。进一步研究表明，ERAD-L通路核心组分的N-糖基化修饰在植物和动物之间表现出高度保守性。
图：基于点击化学技术的水稻幼苗N-糖基化修饰鉴定
此前，李家洋院士团队与陈兴教授团队开创性的将MGL方法引入水稻糖生物学研究，并首次在国际上报道了水稻O-GlcNAc修饰信息（Li et al., 2023）。本研究不仅拓展了MGL方法在作物糖蛋白组学分析中的应用潜力，还为水稻N-糖基化修饰的研究提供了重要资源。
北京大学特聘副研究员/崖州湾国家实验室访问学者雷丛，崖州湾国家实验室青年科学家李锡龙和崖州湾国家实验室博士研究生李文佳为该论文的共同第一作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士，北京大学陈兴教授和崖州湾国家实验室青年科学家李锡龙为该论文的共同通讯作者。
本研究得到国家自然科学基金委、海南省院士创新平台专项科研基金、海南优秀人才团队项目、崖州湾国家实验室基础研究项目以及科学探索奖的资助。
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