拜谱署名文章JIPB(IF=9.106)| 南方科技大学王鹏程课题组解析植物保卫细胞灵敏感应外界信号的蛋白质基础

气孔作为植物水分散失和气体交换的主要通道,同时也会被多种病原体入侵。气孔保卫细胞是一种可以通过精准调节气孔开度以适应不同外界环境高度分化的表皮细胞,但由于保卫细胞体量较小,其基因组、蛋白组和代谢组的研究尚未明确。

2023年5月25日,南方科技大学王鹏程教授课题组在Journal of Integrative Plant Biology(IF=9.106)上发表了题为“Cell type-specific proteomics uncovers a RAF15-SnRK2.6/OST1 Kinase cascade in guard cells”的研究文章。研究人员利用单细胞蛋白质组学研究方法,从流式细胞仪分选出特异性表达pGC1-GFP荧光蛋白保卫细胞,并从中提取出原生质体,结合微量蛋白质组学技术,对保卫细胞蛋白组进行了深入质谱分析,首次揭示了保卫细胞灵敏感受外界信号的蛋白质基础。该研究成果中拜谱生物为其提供单细胞及微量蛋白质组学,从1ug原生质体样本中鉴定出2W+的肽段量,约超4500个蛋白量。此外,该文章由拜谱生物合作科学家王鹏程教授(通讯作者)、拜谱生物首席科学家李荣霞博士署名发表。
保卫细胞灵敏感应外界信号的蛋白质基础

文章名称:Cell type-specific proteomics uncovers a RAF15-SnRK2.6/OST1 Kinase cascade in guard cells(JIPB, IF=9.106, 2023.5)

客户单位:南方科技大学

研究材料:拟南芥细胞原生质体

拜谱提供技术:单细胞蛋白质组学、微量蛋白质组学




01

技术路线



保卫细胞灵敏感应外界信号的蛋白质基础




02

研究结果



作者以原生质体为样本进行深入研究。如图1A所示,作者利用单细胞蛋白组学技术,从拟南芥保卫细胞中共提取出1ug约3万个原生质体进行微量蛋白质组学分析,鉴定出22687个肽,代表了4492个蛋白质。与前人文献中保卫细胞原生质体(Guard Cell protoplasts, GCPs)蛋白质组学、保卫细胞(Guard Cell, GCs)蛋白质组学的数据结果对比分析,验证了鉴定结果的准确性(图1B、C),此外蛋白功能分析结果显示,以文献方法提取原生质体,鉴定出的蛋白大多数富集在成熟叶片中发育不成熟的GC中,广泛参与气孔发育、保卫运输等功能(图1C、D)。

保卫细胞灵敏感应外界信号的蛋白质基础

图1|基于细胞分选的保卫细胞原生质体分离和蛋白质组学分析

(图源:Hongliang Wang., et al., JIPB, 2023)


后续作者将GCPs蛋白质组学与叶肉细胞原生质体(Mesophyll Cell Protoplasts, MCPs)蛋白质组学得到的数据进行对比,结果显示在GCPs的3个生物重复中至少鉴定出615个蛋白,在任何MCPs样本中没有,229个蛋白在MCPs生物重复中至少鉴定出两次,但在任何GCPs样本中没有(图2A-C),而GCPs中富集功能主要与运输、剪接、内吞作用以及对ABA、寒冷和渗透胁迫的响应相关(图2D)。

保卫细胞灵敏感应外界信号的蛋白质基础

 图2|GCP和MCP蛋白质组的定量比较

(图源:Hongliang Wang., et al., JIPB, 2023)


既往研究表明B2和B3亚组RAF激酶,在ABA反应中磷酸化并激活SnRK2.2、SnRK2.3和SnRK2.6/OST1,然而在蛋白质组学中并没有检测到B2和B3磷酸化的富集,表明除B2和B3以外的激酶也有可能有助于aba诱导的SnRK2.6/OST1激活和气孔关闭。后续作者以18O-ATP作为磷酸盐供体,通过质谱分析了SnRK2.6/OST1中的RAF15磷酸基,结果显示,RAF15诱导SnRK2.6/OST1激活环中Ser175的18O-磷酸化(图3)。

保卫细胞灵敏感应外界信号的蛋白质基础

图3|GC富集的B1亚群RAF15使SnRK2.6/OST1磷酸化

(图片再编辑:Hongliang Wang., et al., JIPB, 2023)


蛋白质组学数据显示,保卫细胞中具有更活跃的类黄酮生物合成活性(图4A),与MCP相比,GCP中类黄酮代谢相关蛋白的转录水平显著升高(图4B),作者做了非靶向代谢组学对GCP和MCP中类黄酮类物质进行鉴定,三个GCP特异性峰为山奈酚衍生的类黄酮苷:山奈酚-glu-rha-rha(图4C、D)、山奈酚-glu-rha(图4E、F)和山奈酚-rha-rha(图4G、H)。

保卫细胞灵敏感应外界信号的蛋白质基础

图4|类黄酮类化合物特异性地在GCP中积累

(图源:Hongliang Wang., et al., JIPB, 2023)





03

拜谱小结



作者利用GCP作为样本,对保卫细胞的蛋白基础及蛋白功能进行分析鉴定,首次揭示了保卫细胞对外界信号具有灵敏感受的蛋白质基础,表明细胞型蛋白质组学可以作为揭示细胞型特异性信号通路的宝贵资源,且其有助于不同细胞根据不同发育阶段、营养状态或微环境做出不同的反应。这一过程中拜谱生物提供了单细胞、微量蛋白质组学技术服务,拜谱生物已研发完成并建立了完善成熟的单细胞及微量蛋白组产品技术服务体系,欢迎致电咨询!



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