广东
近日，海南大学三亚南繁研究院产胶生物学团队鉴定出调控陆生植物碱性/中性转化酶（cytosolic alkaline/neutral invertase，CINV）活性的保守六肽开关，并阐明了该开关介导酶活性自抑制、磷酸化调控及14-3-3蛋白识别的分子机制。定向改造这一分子开关，有望实现对CINV活性的精细调控，为橡胶树及其他作物的精准遗传改良提供候选靶点和理论依据。
创新点一：以橡胶树HbNIN2为切入点，揭示CINV自抑制机制
研究团队以橡胶树产量关键酶——胶乳转化酶HbNIN2为切入点。作为CINV家族成员，HbNIN2的活性与天然橡胶产量形成密切相关。然而，自60多年前CINV被发现以来，人们一直不清楚这类酶为何通常在植物体内维持较低活性。这一关键问题也制约了CINV在作物遗传改良中的应用。
本研究发现，HbNIN2并非缺乏催化活性，而是在自身N端和C端区域的协同作用下维持自抑制状态。进一步分析表明，这一机制并非HbNIN2所独有，而是在陆生植物CINV家族中高度保守（图1A），其中开花植物CINV的自抑制率高达92.7%。
图1 保守六肽开关精细调控陆生植物CINV的酶活性。
A，CINV家族中保守的自抑制机制；B，六肽基序磷酸化介导14-3-3蛋白结合与CINV活化；C，祖先型六肽替换提高拟南芥CINV活性并促进植株生长。
创新点二：保守六肽分子开关调控CINV的“自抑制”与“激活”
研究团队进一步在HbNIN2的C端鉴定出保守六肽基序“KRSXSW”。该基序的第二个丝氨酸残基经CPK4/33磷酸化后，HbNIN2可招募14-3-3调控蛋白，从而部分解除自抑制并提高酶活性约1倍以上。
研究还发现，CINV的激活程度与天然橡胶产量呈极显著正相关。由六肽基序磷酸化与14-3-3蛋白结合共同介导的这一调控机制，在陆生植物CINV中高度保守（图1B）。
这一六肽基序具有双重调控功能：一方面，它如同内置“制动器”，抑制CINV活性；另一方面，磷酸化后的基序可招募14-3-3蛋白，转变为促进酶活化的“加速器”。因此，这段短肽构成了可在抑制与激活状态之间切换的分子开关。
创新点三：改写六肽开关，增强酶活性并促进植物生长
进化分析显示，该六肽基序在陆生植物演化过程中由“TRSXpSW”逐步演变为“[K/R]RSXpSW”。其中，X表示任意氨基酸，pS表示磷酸化丝氨酸。与祖先型基序相比，演化后的基序具有更强的自抑制作用和14-3-3蛋白结合能力。
为验证这一分子开关的调控潜力，研究团队将拟南芥CINV1中的“KRSXSW”基序替换为祖先型“TRSXSW”。改造后，CINV1的自抑制得到部分解除，酶活性提高约106%，植株生长加快约109%（图1C）。
同期《Nature Plants》刊发了国际著名植物生理学家、英国伯明翰大学克里斯汀·福伊尔教授撰写的题为“A paradigm shift in the regulation of plant invertases”（植物转化酶调控领域的范式转变）的新闻与观点文章，对本研究工作的科学意义和潜在应用予以充分肯定。她指出，这一发现揭示了C端六肽依赖的转化酶自抑制调控机制，通过蛋白磷酸化与14-3-3蛋白结合实现活性调节，是碳水化合物代谢与糖信号研究领域的重要突破。她认为，该机制为作物改良提供了新靶点，具有重要的应用潜力。
团队负责人唐朝荣研究员表示，该研究不仅回答了困扰学界半个多世纪的酶活性调控谜题，也为培育高产稳产作物品种开辟了新的分子育种方向。
相关论文《A conserved hexapeptide switch controls autoinhibition of plant cytosolic invertases》于2026年8月25日发表于《Nature Plants》。论文第一作者为海南大学产胶生物学团队在站博士后范玉洁与博士研究生莫春演；通讯作者为海南大学唐朝荣研究员、王将副研究员，广西大学明振华教授以及兰州大学刘建全教授。
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