題目：Photosynthesis-Related Proteins Play Crucial Role During Senescence Stage in Flue-Cured Tobacco Plants: A Combine iTRAQ-PRM Study
期刊：Journal of Plant Growth Regulation
影響因子：2.672
合作技術(shù)：iTRAQ 與PRM定量蛋白質(zhì)組學(xué)

研究背景
 

葉片衰老是草本植物衰老過程中的一個重要過程，受各種內(nèi)部和外部因素的影響。在葉片衰老期間，葉綠素分解代謝是最重要的代謝途徑之一，并導(dǎo)致葉片變黃。了解潛在的機(jī)制對于調(diào)節(jié)煙葉的衰老很重要。但是，很少有從蛋白質(zhì)組學(xué)層面解釋煙葉衰老的研究。在這里，光合作用實(shí)驗(yàn)和蛋白質(zhì)組學(xué)被用來研究不同生長階段的煙葉。

技術(shù)路線
 

煙草葉片衰老中的光合作用 -- 定量蛋白組學(xué)探索蛋白變化 -- 驗(yàn)證關(guān)鍵蛋白及其活性 -- 分子機(jī)制討論
 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 

烤煙葉片三種不同葉齡的樣品的光合指數(shù)如圖1所示。與未成熟（IM）和成熟度高（WM）的葉片相比，過度成熟（OM）的葉片的光合速率下降; IM和WM之間的水平?jīng)]有顯著差異（圖1a）。胞間CO2含量顯示出與光合速率相同的趨勢（圖1b）。WM和OM的氣孔導(dǎo)度值相似且顯著低于IM（圖1c）。蒸騰速率顯示出與氣孔導(dǎo)度相同的趨勢（圖1d）。通常，光合參數(shù)隨葉片衰老而降低。

圖1 煙草衰老過程中的光合作用
 

iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)在三種不同葉齡的烤煙樣品中鑒定了4747個蛋白。根據(jù)定義差異蛋白（DEP）的標(biāo)準(zhǔn)（p值<0.05和倍數(shù)變化> 1.2或<0.83），DEP如圖4所示。比較OM和IM葉片時，122個DEPs是增加表達(dá)而199個DEPs分別是減少表達(dá)的（圖2a）。比較OM和WM，有319個DEPs，124個增加表達(dá)的DEPs和195個減少表達(dá)的DEPs（圖2b）。比較WM與IM，我們獲得了223個DEPs，比較IM與WM，125個增量表達(dá)的DEPs和98個下調(diào)表達(dá)DEPs。圖3顯示了成對比較的結(jié)果，所有3組均具有86個DEPs。

圖2差異表達(dá)蛋白質(zhì)（DEP）火山圖



圖3不同組之間差異表達(dá)蛋白的Venn圖
 

在OM vs IM，OM vs WM和WM vs IM的DEP中，與DEP相關(guān)的前十種途徑存在顯著差異，而四種途徑則顯著豐富，包括“代謝途徑”，“二次代謝產(chǎn)物的生物合成”，“各種環(huán)境中的微生物代謝”和“淀粉和蔗糖代謝”（圖4）。圖5顯示86種DEP明顯參與了煙葉衰老過程中的六個途徑。在煙葉衰老過程中，光合作用是生物量積累的重要途徑，并且強(qiáng)烈影響煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，有必要研究與光合作用有關(guān)的蛋白質(zhì)的表達(dá)。在這項(xiàng)研究中，有8種蛋白質(zhì)參與光合作用。大多數(shù)與光合作用相關(guān)的DEP參與了光合作用的核心部分，包括光系統(tǒng)I，光系統(tǒng)II，細(xì)胞色素b6f復(fù)合體，電子傳遞和ATP合酶（圖7）。因此，與光合作用有關(guān)的八個DEP可能是煙葉老化中的目標(biāo)蛋白。
 

圖4三組DEP所涉及的十大代謝途徑。A.OM vs IM；B. OM vs WM；C WM vs IM



圖5三組的差異蛋白質(zhì)相對表達(dá)矩陣熱圖


圖6衰老過程中煙葉的光合作用途徑

在這項(xiàng)研究中，基于iTRAQ實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，使用PRM技術(shù)分析了12種靶蛋白，總體結(jié)果顯示出良好的效果。驗(yàn)證結(jié)果顯示，三組中有7種蛋白質(zhì)與iTRAQ定量結(jié)果顯示出一致的趨勢（圖7）。
 

圖7不同樣品之間PRM定量蛋白質(zhì)差異的柱狀圖

小結(jié)
 

衰老過程中與光合作用相關(guān)的主要蛋白質(zhì)的測定可為了解煙草葉片衰老的生物學(xué)特性提供理論依據(jù)。作者收集了三個不同葉齡的煙草樣品，首先研究了煙草葉片衰老中的光合作用，然后應(yīng)用基于iTRAQ的定量蛋白質(zhì)組學(xué)和平行反應(yīng)監(jiān)測（PRM）來確定老化煙葉中蛋白質(zhì)的表達(dá)。這將是首次基于iTRAQ-PRM技術(shù)的報(bào)告，作者確定了與光合作用相關(guān)的蛋白質(zhì)在烤煙植株的衰老階段表現(xiàn)出不同的表達(dá)。