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Orbitrap在植物蛋白質(zhì)組領(lǐng)域的應(yīng)用

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蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為植物科學(xué)研究中重要的工具，以O(shè)rbitrap為代表的高分辨質(zhì)譜技術(shù)已在植物蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域產(chǎn)生重要的科研成果，發(fā)表在Nature Plant，Plant Cell 等核心期刊上。

利用Orbitrap質(zhì)譜可針對植物樣本描繪細(xì)胞和亞細(xì)胞蛋白定位，以及追蹤蛋白之間的相互作用，鑒定不同細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)的蛋白組分。同時可以利用TMT標(biāo)記蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)進(jìn)行定量植物蛋白質(zhì)組學(xué)分析，此外，基于Orbitrap的多組學(xué)研究策略可以結(jié)合蛋白質(zhì)組和代謝組學(xué)，整合基因組信息針對植物從多分子層面的大數(shù)據(jù)重新定義樣本的分型、挖掘蛋白水平上與相關(guān)基因突變、表達(dá)關(guān)系及關(guān)鍵分子調(diào)控機(jī)制。

讓我們以幾篇經(jīng)典文章為例，一探orbitrap助力的植物蛋白質(zhì)組學(xué)前沿發(fā)現(xiàn)：

1 植物蛋白質(zhì)定性定量研究以及相關(guān)蛋白藥物靶點發(fā)現(xiàn)

Roman Lagoutte利用炔基標(biāo)記的去氧地膽草素類似物與SILAC蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，鑒定去氧地膽草素在多種癌細(xì)胞中的作用靶點蛋白。作者首先合成了一系列具有kang癌作用的去氧地膽草素的類似物并對這些化合物的細(xì)胞毒性進(jìn)行分析篩選，且證明了去氧地膽草素的細(xì)胞毒性是由細(xì)胞凋亡而非細(xì)胞壞死引起；接著利用帶有炔基標(biāo)簽的去氧地膽草素類似物，在多種細(xì)胞系中通過SILAC標(biāo)記定量和無標(biāo)定量（Label-Free）的蛋白質(zhì)組學(xué)方法對去氧地膽草素的靶點進(jìn)行分析，在MCF7細(xì)胞中鑒定出11個新的去氧地膽草素的靶蛋白。該研究成果發(fā)表在Nature Communication雜志上。

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2 植物相關(guān)蛋白質(zhì)水平翻譯化修飾研究

上海逆境生物學(xué)研究zhong心研究團(tuán)隊運用蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)，揭示了植物雷帕霉素靶蛋白（TOR）激酶和脫落酸（ABA）受體偶聯(lián)的信號途徑間通過相互磷酸化修飾，介導(dǎo)植物生長發(fā)育和脅迫應(yīng)答的平衡。該策略是利用磷酸化組學(xué)分析研究植物逆境機(jī)理的案例。

該研究成果發(fā)表在Molecular Cell雜志上，如下圖所示：

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3 TMT定量蛋白質(zhì)組學(xué)深入研究植物生長發(fā)育衰老過程

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究人員為了研究花瓣衰老過程中蛋白質(zhì)變化過程泛素化修飾的變化。用乙烯處理可以廣泛地改變植物中的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組譜。泛素化是真核生物中的主要翻譯化，在蛋白質(zhì)降解中起重要作用。

在本研究中，作者首先通過RNA測序獲得參考矮牽牛（Petunia hybrida）轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。構(gòu)建的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫，然后對乙烯處理后的矮牽牛花冠ubiquitylome進(jìn)行定量。在乙烯處理后16小時，共有3,606個蛋白質(zhì)和2,270個遍在蛋白化位點進(jìn)行定量。乙烯處理后，發(fā)現(xiàn)284個下調(diào)蛋白和233個上調(diào)蛋白，320個上調(diào)和127個下調(diào)泛素化位點（P <0.05），表明在矮牽牛的乙烯介導(dǎo)的花冠衰老過程中全泛素化水平有所提升。泛素連接酶在蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)。此外呢，全蛋白質(zhì)組和Ubiquitylome是負(fù)相關(guān)的，乙烯介導(dǎo)的花冠衰老過程中泛素化促進(jìn)蛋白質(zhì)的降解。

該研究成果發(fā)表在Plant Physiol雜志上，如下圖所示：

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4 基于Orbitrap多組學(xué)研究多層面解析植物蛋白和代謝物以及基因表達(dá)關(guān)系

Fionn McLoughlin利用orbitrap超高分辨質(zhì)譜分析蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)，以及代謝組數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果，進(jìn)行多組學(xué)分析。在多組學(xué)上分析玉米自噬與缺氮脅迫的聯(lián)系，研究者選用了自噬受損突變體，基因敲低與野生型作為實驗材料，在富氮、缺氮條件下進(jìn)行培養(yǎng)。選擇了玉米幼苗的第二片葉和第四片葉進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組探討自噬對于細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的影響。蛋白與轉(zhuǎn)錄層面，缺氮條件下，缺氮脅迫的通路轉(zhuǎn)錄上調(diào)，葉綠體組分的表達(dá)受到抑zhi。在第二片葉和第四片葉中分別鑒定到了3,327和3,801個蛋白。分析結(jié)果顯示，自噬作用相對于缺氮脅迫，對于蛋白組的調(diào)控變化影響更大。該研究成果發(fā)表在Nature Plant雜志上。

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