齿肋赤藓是极端耐干植物的典型代表，能够承受超过98%的细胞脱水，接近植物耐干能力的生理极限，并在遇水后几秒钟恢复光合作用等生理活动，能够快速响应水分的变化。在植物应对水分变化的过程中，蛋白质磷酸化是一种快速且可逆的翻译后修饰，在启动信号转导、调节蛋白功能中发挥着关键作用。然而，蛋白质磷酸化如何调控齿肋赤藓的秒级复水响应机制尚不明确。

针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所研究员张道远团队利用4D-label-free高通量蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学技术，对齿肋赤藓脱水-复水过程中蛋白质和磷酸化蛋白质进行了精确定量分析。近日，相关研究成果发表于《植物杂志》。

研究结果表明，在齿肋赤藓脱水-复水五个阶段中共定量了2854种蛋白质和1177种磷酸化蛋白质，其中包括1447种差异表达蛋白质和699种差异磷酸化蛋白质。在磷酸化蛋白质中，36.5%的蛋白质丰度发生显著变化。

整合蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析表明，磷酸化在脱水和复水过程中动态调控不同的代谢途径。在脱水过程中，光合作用、谷胱甘肽代谢、柠檬酸循环、苯丙烷类生物合成和DNA修复协同作用，维持细胞稳态并增强保护性反应。在复水过程中，磷酸化激活核糖体生物合成、能量代谢、苯丙氨酸代谢和大分子复合物组装等途径，促进细胞功能恢复。其中，谷胱甘肽代谢是介导脱水-复水反应的核心磷酸化调控途径。关键抗氧化酶ScDHAR1在Ser29和Ser218位点的磷酸化可增强其活性，降低脂质过氧化水平，提高活性氧清除能力，增强干燥耐受性。

本研究首次揭示了齿肋赤藓耐干响应的磷酸化分子调控机制，解析齿肋赤藓在脱水-复水过程的全局磷酸化调控通路，并靶定了一个关键磷酸化蛋白—脱氢抗坏血酸还原酶ScDHAR1，深化了对极端耐脱水与快速复水机制的理解，为培育抗逆作物提供了宝贵的基因资源。

相关论文信息：http://dx.doi.org/10.1111/tpj.70373

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齿肋赤藓脱水-复水过程中表型、生理及蛋白质磷酸化变化（研究所供图）