客户文章|IF=5.247蛋白质组学和靶向代谢组学齐发力,助力紫菜耐盐品种培育相关研究

已知种植耐低盐紫菜品种有利于扩大海藻种植面积,且更有效防止沿海水域的富营养化,而研究其耐盐机制是培育耐盐品种的重要前提。

本研究利用蛋白质组学和靶向代谢组学技术鉴定了盐胁迫处理下关键变化的蛋白质和代谢产物,鉴定出紫菜对低盐胁迫的反应包括抑制蛋白质合成,吸收分子伴侣,增强错误折叠蛋白的去除等。

这一过程中,拜谱生物提供DIA蛋白质组学技术与靶向能量代谢验证该过程与糖酵解相关,介导维持低温胁迫下细胞膜内稳态平衡,助力耐盐紫菜品种培育。

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期刊:Frontiers in Marine Science
影响因子:5.247
发表时间:2022.08
样本设计:对照组、LSS 0、LSS 5、HSS 100
技术:DIA蛋白质组学、靶向代谢

关键词:DIA蛋白质组学、靶向代谢、细胞内稳态、盐胁迫


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研究背景

Research Background

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已知红藻(别名紫菜),作为一种水生植物,不仅美味可供食用,还可以吸收水体中过量的氮、磷等物质,具有一定的生态经济效应。由于其生长环境中盐分的不确定性较高,所以培养耐盐性紫菜产品不仅有助于提高紫菜经济效应,还有助于减少水体富营养现象。
在此背景下,作者利用蛋白质组学和靶向能量代谢,筛选关键性表达蛋白质及其代谢通路物质,助力培养耐盐性紫菜产品。
(Hypersaline stress):HSS
(Low salt stress):LSS

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研究结果

Result display

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1. DIA数据鉴定结果


利用DIA蛋白质组学从19,878个肽片段中共鉴定2425个蛋白,低盐处理下的DEPs筛选与对照组相比,共鉴定出407个DEPs,其中LSS0和LSS 5处理下的DEPs分别为253个和242个(图1C)。在两种胁迫下,40种蛋白质的丰度增加,41种蛋白质的丰度减少(图1D,E)。与LSS 0处理相比,LSS 5处理导致更多的蛋白丰度增加(117个蛋白),而更少的蛋白丰度减少(44个蛋白)。
客户文章|IF=5.247蛋白质组学和靶向代谢组学齐发力,助力紫菜耐盐品种培育相关研究图1


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2. 低盐处理下DEPs的筛选


与对照组相比,LSS0处理抑制了9个延伸因子热不稳定(EF-Tu)蛋白和4个信号识别粒子类似物54同源(Ffh)蛋白的表达;LSS 5处理抑制了4个EF-Tu蛋白和2个Ffh蛋白的表达(图2)。内质网质控(CNX)、热休克70kDa蛋白、热休克70k70蛋白(HSP90)和内质网相关降解(ERAD)类别的BiP在LSS 0处理下表达下调,而LSS 5处理下表达上调(图2)。此外,与LSS 0处理相比,在LSS 5处理下,与泛素激活酶(E1)、泛素结合酶(E2)、泛素连接酶(E3)和26S蛋白酶体相关的蛋白有10个表达上调。

在两种低盐治疗下,三磷酸异构酶在两种处理下均被下调。此外,磷酸果糖激酶、丙酮酸脱氢酶和果糖-1,6-二磷酸酶仅在LSS 5处理下上调,而丙酮酸激酶仅在LSS 0处理下上调。而异柠檬酸脱氢酶和2-羟戊二酸脱氢酶仅在LSS 0处理下才表达下调(图2)
客户文章|IF=5.247蛋白质组学和靶向代谢组学齐发力,助力紫菜耐盐品种培育相关研究图2


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3. 靶向代谢组学的验证


与对照治疗相比,只有LSS 5处理显著增加了海藻(图3),而不饱和脂肪酸的不饱和脂肪酸含量不饱和脂肪酸(UFA),不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸/饱和脂肪酸(UFA/SFA)和不饱和脂肪酸指数(IUFA)值显示没有显著差异在两个透明治疗(图3B-D)。此外,与正常处理和LSS 0处理相比,LSS 5处理下葡萄糖6-磷酸和丙酮酸的含量显著增加(图3E-H)

客户文章|IF=5.247蛋白质组学和靶向代谢组学齐发力,助力紫菜耐盐品种培育相关研究图3


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4. 高盐胁迫与低盐胁迫反应机制的比较分析


与对照组相比,在LSS 5和100%高盐胁迫下,共检测到1094个LSS,两种处理下均上调蛋白109个,下调蛋白14个。通过聚类分析获得8个模型谱,其中4(761蛋白,HSS 100处理上调)、3(104蛋白,HSS 100处理下调)、2(98蛋白,两种处理上调)和7(34蛋白,LSS 5处理下调,HSS 100处理上调)具有显著的趋势特征。

对上述四种模型中蛋白质的KEGG富集分析显示,每种模型中的大部分DEPs与氨基酸代谢、能量代谢、脂质代谢、蛋白质折叠和降解密切相关(补充图4A-D)。进一步统计分析的DEPs在每个配置文件显示,与LSS 5治疗相比,54蛋白质与氨基酸代谢,27蛋白质能量代谢相关,24蛋白质脂质代谢相关,和71蛋白质折叠和降解上调在HSS 100治疗(图4E)。
在HSS100处理下,有显著的上升趋势(图5B-D)。红藻的短链脂肪酸SFA主要由棕榈酸(C16:0)组成,UFA主要由二十碳五烯酸[C20:5(n-3)]、花生四烯酸[C20:4(n-6)]和棕榈烯酸(C16:1)组成;三种处理下各种FAs含量也有显著差异(图5E)。

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总结

Summary

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综上组学及低盐胁迫分析,红藻对低盐胁迫的应激功能是:1)确保蛋白质折叠和错误折叠蛋白清除之间的动态平衡;2)维持细胞膜的完整性和稳定性;3)通过EMP维持能量供应。

与LSS 0处理相比,LSS 5处理下的紫菜具有更大能量供应、更稳定的内质网环境和更完整的膜系统,而高盐胁迫下,红藻可以维持其蛋白质合成,增强质膜的流动性和完整性,增强三羧酸循环的运行,以维持能量供应,使其他响应机制成为可能,该研究结果阐明了潮间红藻对周期性盐胁迫的各种响应机制,为培育耐盐性紫菜品种提供新思路(图6)。
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