蛋白质磷酸化在乙烯促进小橡胶粒子合成天然橡胶中的作用

Ethylene-stimulated rubber production has been widley used.as a pivotal technology during the past decades in natural rubber producing industry.all over the world, whereas the detail regulation mechanisms on ethylene-stimulated.rubber sythnsis is still keep under-recovering. There are three very basic hypotheses.including relieving blocked latex vessels, induced wouding responses and lifting.of gene expression repression to explain the possible mechanism on ethylene stimulation of latex production in rubber tree. But these hypotheses can only partly.interpret some physiological phenomena in ethylene-timulated rubber biosythsis due.to the absence of profound experiment evidences. Based on our proteomic research.results for rubber particles and the recently reported results, we bring forward.an assumption that ethylene can siginicantly improve the natural rubber biosythsis.by inducing the phosphorylation of the membrane proteins of small rubber particle.through activating the kinase signaling pathways, which results in stimulating the.generation of a large number of rubber synthetic precursors in the cytoplasm of.laticiferous cell. Therefore, in this project, our first objiect was set to identify.the key enzymes involving in natural rubber biosynthsis, then determinate the phosphorylated proteins and their exact phosphorylation sites of these enzymes which.are localized on the small rubber particle membranes by using proteomics and molecular biology technologies. After that, we plan to clone some genes of the identified phosphorylated proteins or enzames, and then verify their detail biological functions and changed patterns on the responces of ethylene stimulation..These prospective results will basically clarify the potential roles of protein.phosphorylationon on the synthesis of natural rubber and help us to further understand the basic molecular mechanisms of the increasing latex yield which produce.by ethylene stimulus. These results will also provide strong evidences for reasonable.utilization of ethephon to stimulate natual latex production in the near future.

天然橡胶生产实践证实外施乙烯利能显著提高胶乳产量，但对乙烯如何促进橡.胶合成及调控机制仍不清楚。目前关于乙烯刺激增产的机制主要有解除乳管堵塞、诱导愈伤反应和解除基因表达阻遏三种假说，但仅能勉强解释部分生理现象，缺少有力的实验证据。根据我们前期的橡胶粒子蛋白质组学研究结果及最新发表的研究资料，我们认为乙烯主要通过激活磷酸激酶等信号通路，诱导小橡胶粒子膜上蛋白磷酸化，刺激乳管细胞质生成大量橡胶合成底物，从而促进橡胶合成。本项目采用蛋白质组学和分子生物学等技术，从经乙烯处理前后的小橡胶粒子膜蛋白中鉴定橡胶生物合成的关键酶，检测磷酸化蛋白及磷酸化位点，克隆重要磷酸化蛋白的基因，研究乙烯对小橡胶粒子的膜蛋白和基因表达调控的影响，并对磷酸化蛋白的生物学功能进行验证。研究结果将有助于阐明蛋白磷酸化在天然橡胶合成中的作用，揭示乙烯刺激割胶的分子调控新机制，为进一步合理利用乙烯利刺激割胶技术提供理论依据。

外施乙烯利能显著提高巴西橡胶树胶乳中天然橡胶的产量，我们前期研究表明某些天然橡胶合成相关蛋白的差异表达变化及其磷酸化修饰调控相关代谢通路，目前针对蛋白质翻译后修饰的研究已成为相关研究领域的热点。本项目采用蛋白质组学和分子生物学等技术，从经乙烯处理的小橡胶粒子膜蛋白中鉴定橡胶生物合成的关键酶，检测磷酸化蛋白及磷酸化修饰位点，研究乙烯对小橡胶粒子的膜蛋白和基因表达调控的影响。我们通过研究发现乙烯利胁迫能够通过促进巴西橡胶胶乳中小橡胶粒子（SRPs）的产生和发育，进而通过小橡胶粒子膜蛋白调控天然橡胶的合成。本项目通过DIGE技术结合iTRAQ技术针对乙烯胁迫过程胶乳中小橡胶粒子膜上的差异蛋白进行研究，找到684个乙烯响应蛋白（ERLPs），其中大部分具有水解酶和激酶活性，并参与了翻译后修饰，碳水化合物代谢等生物学过程。通过磷酸化蛋白质组学分析我们发现，小橡胶粒子上的橡胶延长因子（REF）和小橡胶粒子蛋白（SRPP）的某些特殊异构体，均主要在丝氨酸残基和苏氨酸残基上发生磷酸化。并且区别于SRPP蛋白，在小橡胶粒子上的REF蛋白天冬氨酸残基发生了特异磷酸化修饰。这种翻译后修饰和异构体特异磷酸化的现象可能在乙烯刺激胶乳产生过程中发挥重要作用。以上研究结果基本阐明小橡胶粒子上的ERLPs及可能参与的代谢调控过程，以及天然橡胶合成关键蛋白REF和SRPP的不同磷酸化修饰在乙烯促进天然橡胶合成过程中可能的作用，揭示乙烯刺激割胶的蛋白质化学基础，为深入研究乙烯促进天然橡胶生物合成和调控机制提供新的思路，为进一步合理利用乙烯利刺激割胶提供技术支持和提高采胶生产提供理论依据。