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生物质谱技术为笔 绘制植物分子图谱

点击次数:9    发布时间:2020-03-22

  虽然现在的技术已经可以对植物的基因进行测序,还能够对基因组数据进行深度解析,但关于基因如何影响植物生长、发育、繁殖,仍然有很多问题需要解答。蛋白质是从基因到生物体的重要环节,是生物过程的主要执行者。随着蛋白质学的发展,研究者们已经意识到植物组织细胞中的蛋白质模式是植物生长出不同形态与功能组织的关键。而要了解这些特定的蛋白质模式,不仅需要知道组织中存在的蛋白质类型,还需要清楚它们的数量。

  最近,德国慕尼黑工业大学的研究团队在《自然》在自然杂志上发表了一项研究成果。他们采用生化和高通量分析方法绘制了拟南芥30种组织的转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组的定量图谱,初步回答了植物所有基因中有多少能编码蛋白,它们在植物的什么位置进行表达,大约数量以及其被磷酸化的程度等问题。

  拟南芥是植物生物学和遗传学领域的模式植物,相当于生物学中的小白鼠和果蝇。对拟南芥的研究成果可以扩展到其他有花植物上。拟南芥的基因组完整测序工作在2000年就已经完成,其不同基因的功能研究者也有了相对深入的了解,但是拟南芥的蛋白质组研究却远不如基因组研究全面。

  慕尼黑工业大学的研究团队利用亲水性强阴离子交换色谱和静电场轨道阱超高分辨质谱仪鉴定了拟南芥27655个蛋白质的18210种以及检测了蛋白质上43903个磷酸化修饰位点的信息,并建立了相应的数据库。同时通过生物信息学方法对检测得到的大量数据进行分析处理,绘制了目前zui全面的拟南芥组织蛋白质分子图谱。

质谱仪

  研究表明植物所有基因中有超过18000个基因可以编码蛋白,大约数量的动态范围超过6个数量级,这些蛋白质中有超过43000个位点被磷酸化。研究人员表示,下一步将对农作物中的蛋白组进行研究,例如蛋白组在植物受到害虫攻击时会怎样变化。

  该研究成果在拟南芥蛋白鉴定数量上的进展需要归功于生物质谱设备和色谱技术的发展。研究所用的Thermo-FisherQE-HF质谱是2014年推出的全新静电场轨道阱超高分辨质谱仪,采用了分段式四极杆技术提高离子传输效率,利用超高场Orbitrap技术提高Orbitrap扫描速度,同时还拥有很高生物质谱的灵敏度。因此Thermo-Fisher QE-HF质谱已经成为定量蛋白质组学研究中常用的分析仪器。

  虽然这是目前zui新的研究成果,但是研究采用的技术已经是现在蛋白质组学研究中的常规方式。去年ThermoFisher Exploris 480、Sciex 6600+和Bruker timsTOF Pro等新型号的质谱仪开始进入市场并逐渐推广。这些新的质谱仪器拥有更高的灵敏度和更快的扫描速度,加上信息技术的发展让配套的应用分析软件不断得到优化,如果应用于蛋白质组学研究,预计将鉴定出数量更多的蛋白质,再次推进拟南芥的蛋白质组学研究。

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