Orbitrap在植物蛋白质组领域的应用

蛋白质组学技术已经成为植物科学研究中重要的工具，以Orbitrap为代表的高分辨质谱技术已在植物蛋白质研究领域产生重要的科研成果，发表在Nature Plant，Plant Cell 等核心期刊上。

利用Orbitrap质谱可针对植物样本描绘细胞和亚细胞蛋白定位，以及追踪蛋白之间的相互作用，鉴定不同细胞亚结构的蛋白组分。同时可以利用TMT标记蛋白质组学技术进行定量植物蛋白质组学分析，此外，基于Orbitrap的多组学研究策略可以结合蛋白质组和代谢组学，整合基因组信息针对植物从多分子层面的大数据重新定义样本的分型、挖掘蛋白水平上与相关基因突变、表达关系及关键分子调控机制。

让我们以几篇经典文章为例，一探orbitrap助力的植物蛋白质组学前沿发现：

1 植物蛋白质定性定量研究以及相关蛋白药物靶点发现

Roman Lagoutte利用炔基标记的去氧地胆草素类似物与SILAC蛋白质组学技术，鉴定去氧地胆草素在多种癌细胞中的作用靶点蛋白。作者首先合成了一系列具有kang癌作用的去氧地胆草素的类似物并对这些化合物的细胞毒性进行分析筛选，且证明了去氧地胆草素的细胞毒性是由细胞凋亡而非细胞坏死引起；接着利用带有炔基标签的去氧地胆草素类似物，在多种细胞系中通过SILAC标记定量和无标定量（Label-Free）的蛋白质组学方法对去氧地胆草素的靶点进行分析，在MCF7细胞中鉴定出11个新的去氧地胆草素的靶蛋白。该研究成果发表在Nature Communication杂志上。

2 植物相关蛋白质水平翻译化修饰研究

上海逆境生物学研究zhong心研究团队运用蛋白质组学等技术，揭示了植物雷帕霉素靶蛋白（TOR）激酶和脱落酸（ABA）受体偶联的信号途径间通过相互磷酸化修饰，介导植物生长发育和胁迫应答的平衡。该策略是利用磷酸化组学分析研究植物逆境机理的案例。

3 TMT定量蛋白质组学深入研究植物生长发育衰老过程

华南农业大学研究人员为了研究花瓣衰老过程中蛋白质变化过程泛素化修饰的变化。用乙烯处理可以广泛地改变植物中的转录组和蛋白质组谱。泛素化是真核生物中的主要翻译化，在蛋白质降解中起重要作用。

在本研究中，作者首先通过RNA测序获得参考矮牵牛（Petunia hybrida）转录组数据。构建的蛋白质组数据库，然后对乙烯处理后的矮牵牛花冠ubiquitylome进行定量。在乙烯处理后16小时，共有3,606个蛋白质和2,270个遍在蛋白化位点进行定量。乙烯处理后，发现284个下调蛋白和233个上调蛋白，320个上调和127个下调泛素化位点（P <0.05），表明在矮牵牛的乙烯介导的花冠衰老过程中全泛素化水平有所提升。泛素连接酶在蛋白质和转录水平上调。此外呢，全蛋白质组和Ubiquitylome是负相关的，乙烯介导的花冠衰老过程中泛素化促进蛋白质的降解。

4 基于Orbitrap多组学研究多层面解析植物蛋白和代谢物以及基因表达关系

Fionn McLoughlin利用orbitrap超高分辨质谱分析蛋白组学数据，以及代谢组数据与转录组分析结果，进行多组学分析。在多组学上分析玉米自噬与缺氮胁迫的联系，研究者选用了自噬受损突变体，基因敲低与野生型作为实验材料，在富氮、缺氮条件下进行培养。选择了玉米幼苗的第二片叶和第四片叶进行转录组、蛋白组、代谢组探讨自噬对于细胞稳态的影响。蛋白与转录层面，缺氮条件下，缺氮胁迫的通路转录上调，叶绿体组分的表达受到抑zhi。在第二片叶和第四片叶中分别鉴定到了3,327和3,801个蛋白。分析结果显示，自噬作用相对于缺氮胁迫，对于蛋白组的调控变化影响更大。该研究成果发表在Nature Plant杂志上。