综述植物蛋白质组学研究重要技术丨中农大陈艳梅团队
文章来源于JIPB,作者陈艳梅
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综述植物蛋白质组学研究重要技术丨中农大陈艳梅团队


植物细胞中的蛋白质具有高度的多样性和复杂性,如蛋白合成和周转率差异性大、结构高度复杂、多种翻译后修饰、复杂的互作网络和变化多样的亚细胞定位等方面,这些性质彻底改变了早期认为的“one gene, one protein, one function“的法则。那么如何探索植物细胞中蛋白质的多样性?

近日,JIPB专辑Plant Proteomics在线发表了由中国农业大学为主,与国内多个大学联合完成的综述论文Exploring the diversity of plant proteome”(https://doi.org/10.1111/jipb.13087)。该论文总结了植物蛋白质多样性的遗传与生化基础,全面阐述了使用质谱技术解析蛋白质组多样性的策略,尤其是对翻译后修饰和亚细胞定位等领域进行了系统总结。并指出多组学策略研究蛋白质分子功能仍待探索,多个翻译后修饰之间相互关系及其对蛋白质的生理生化功能影响的研究仍存在空白。

植物蛋白质的表达、合成和修饰具有广泛的组织特异性和多样性。许多蛋白仅在特定的组织器官、在限定的发育阶段或者某个特定的生理环境下才表达。如Rubisco仅在光合器官大量积累中表达,而在根里检测不到;翻译后修饰如蛋白磷酸化也随时间和空间发生高度动态变化。

综述植物蛋白质组学研究重要技术丨中农大陈艳梅团队

图1. 细胞器蛋白质组学不同分析策略

以质谱技术为主的蛋白质组学方法研究蛋白质功能具有高通量、高分辨率的优势,使用该技术近年来在植物蛋白质研究领域取得重要的成果。该综述先叙述了如何大规模提高蛋白质覆盖度和检测率的不同方法,讨论了分析翻译后修饰,如磷酸化、泛素化和糖基化等修饰的技术挑战及其解决方法,对比了不同富集方法优缺点和应用范围。还重点探讨了当前研究亚细胞组分的蛋白质组学技术,如PCP(Protein Correlation Profiling)和LOPIT技术。PCP和LOPIT克服了使用传统技术纯化某一个细胞器所有的局限性,如来自其它细胞器蛋白的污染;针对参与分泌途径等高度动态过程中的蛋白质无法精确定位,定量和检测等。PCP和LOPIT提供了一种全新方法,使用这类方法不需要针对特定细胞器的分离,能一次性有效分离和检测多个细胞器的蛋白组分;此外,还能检测和定位在不同亚细胞器和膜系统之间移动的蛋白质,有效地提高了亚细胞蛋白质的鉴定覆盖度和精确性。克服了常规实验室分离亚细胞器过程中的技术挑战(图1)。该综述还就稳定性同位素技术研究蛋白质合成和周转效率的应用和最新研究进展进行了归纳,并提出了在实际应用中需要注意的问题。该论文从多方面总结了常用于研究蛋白质组学的多种技术,为进一步拓展到多维度热点研究领域中提供了新思路。

陈艳梅老师近年来在质谱技术和蛋白质组学方法方面取得一系列进展,如利用磷酸化蛋白质组学研究植物营养吸收以及逆境胁迫生理机制。并数次受邀在国际知名综述刊物Trends in Plant Science发表相关领域综述文章。

参考文献:

1. Chen, Y., and Heohenwarter, W. (2015). Changes in the phosphoproteome and metabolome link early signaling events to rearrangement of photosynthesis and central metabolism in salinity and oxidative stress response in Arabidopsis. Plant Physiol. 169: 3021-3033.

2. Chen, Y., and Hoehenwarter, W. (2019). Rapid and reproducible phosphopeptide enrichment by tandem metal oxide affinity chromatography: Application to boron deficiency induced phosphoproteomics. Plant J. 98: 370-384.

3. Chen, Y., and Weckwerth, W. (2020). Mass spectrometry untangles plant membrane protein signaling networks. Trends Plant Sci. 25: 930-944.

4. Chen, Y., and Heazlewood, J. (2021). Organellar proteomic profiling to analyze membrane trafficking pathways. Trends Plant Sci. 26: 299-300.


综述植物蛋白质组学研究重要技术丨中农大陈艳梅团队

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