Orbitrap在植物蛋白質組領域的應用

蛋白質組學技術已經成為植物科學研究中重要的工具，以Orbitrap為代表的高分辨質譜技術已在植物蛋白質研究領域產生重要的科研成果，發表在Nature Plant，Plant Cell 等核心期刊上。

利用Orbitrap質譜可針對植物樣本描繪細胞和亞細胞蛋白定位，以及追蹤蛋白之間的相互作用，鑒定不同細胞亞結構的蛋白組分。同時可以利用TMT標記蛋白質組學技術進行定量植物蛋白質組學分析，此外，基于Orbitrap的多組學研究策略可以結合蛋白質組和代謝組學，整合基因組信息針對植物從多分子層面的大數據重新定義樣本的分型、挖掘蛋白水平上與相關基因突變、表達關系及關鍵分子調控機制。

讓我們以幾篇經典文章為例，一探orbitrap助力的植物蛋白質組學前沿發現：

1 植物蛋白質定性定量研究以及相關蛋白藥物靶點發現

Roman Lagoutte利用炔基標記的去氧地膽草素類似物與SILAC蛋白質組學技術，鑒定去氧地膽草素在多種癌細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胞毒性進行分析篩選，且證明了去氧地膽草素的細胞毒性是由細胞凋亡而非細胞壞死引起；接著利用帶有炔基標簽的去氧地膽草素類似物，在多種細胞系中通過SILAC標記定量和無標定量（Label-Free）的蛋白質組學方法對去氧地膽草素的靶點進行分析，在MCF7細胞中鑒定出11個新的去氧地膽草素的靶蛋白。該研究成果發表在Nature Communication雜志上。

2 植物相關蛋白質水平翻譯化修飾研究

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

3 TMT定量蛋白質組學深入研究植物生長發育衰老過程

華南農業大學研究人員為了研究花瓣衰老過程中蛋白質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錄組和蛋白質組譜。泛素化是真核生物中的主要翻譯化，在蛋白質降解中起重要作用。

在本研究中，作者首先通過RNA測序獲得參考矮牽牛（Petunia hybrida）轉錄組數據。構建的蛋白質組數據庫，然后對乙烯處理后的矮牽牛花冠ubiquitylome進行定量。在乙烯處理后16小時，共有3,606個蛋白質和2,270個遍在蛋白化位點進行定量。乙烯處理后，發現284個下調蛋白和233個上調蛋白，320個上調和127個下調泛素化位點（P <0.05），表明在矮牽牛的乙烯介導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和轉錄水平上調。此外呢，全蛋白質組和Ubiquitylome是負相關的，乙烯介導的花冠衰老過程中泛素化促進蛋白質的降解。

4 基于Orbitrap多組學研究多層面解析植物蛋白和代謝物以及基因表達關系

Fionn McLoughlin利用orbitrap超高分辨質譜分析蛋白組學數據，以及代謝組數據與轉錄組分析結果，進行多組學分析。在多組學上分析玉米自噬與缺氮脅迫的聯系，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、缺氮條件下進行培養。選擇了玉米幼苗的第二片葉和第四片葉進行轉錄組、蛋白組、代謝組探討自噬對于細胞穩態的影響。蛋白與轉錄層面，缺氮條件下，缺氮脅迫的通路轉錄上調，葉綠體組分的表達受到抑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。分析結果顯示，自噬作用相對于缺氮脅迫，對于蛋白組的調控變化影響更大。該研究成果發表在Nature Plant雜志上。