tandem MOAC磷酸化蛋白质组技术揭示营养缺失的信号转导机制

景杰生物/报道

编者按：近日(12月27日），植物学领域国际权威学术期刊The Plant Journal在线发表了中国农业大学植物生理与生化重点实验室陈艳梅老师团队的题为“Rapid and reproducible phosphopeptide enrichment by tandem MOAC: application to boron deficiency induced phosphoproteomics” 的研究论文。该研究工作建立了tandem MOAC磷酸化蛋白质富集技术，并结合“基于质谱的蛋白质组学技术”研究模式植物拟南芥营养缺失后的信号转导机制（如图1）。

图1. 非标记定量磷酸化蛋白质组学研究技术流程

tandem MOAC技术是指首先在protein水平上进行磷酸化蛋白富集，富集后的磷酸化蛋白经过酶切消化后进一步在peptide水平上第二次富集磷酸化多肽，研究人员经过多方面技术改进后较大程度提高了磷酸化位点和磷酸化蛋白质的质谱鉴定率，并且将这一方法应用到拟南芥硼素营养缺失过程的定量磷酸化蛋白组学研究中。

该研究共鉴定到42,093个磷酸化多肽(PSM), 含6,260个磷酸化位点，使用非标记定量技术（label free quantification）和生物信息学技术分析后发现共2149个磷酸化蛋白其磷酸化程度被调控（如图1B）。

Pearson correlation分析显示同一样品不同重复之间的相关性系数在0.9到0.97之间，而不同时间段处理的样品之间的相关性系数在0.7到0.89之间（图1E和1F），表明实验具有很高的重复性，此外，PCA分析也表明不同样品的磷酸化多肽检测重复性很高。

本研究应用Tandem MOAC技术在蛋白水平的富集效率提高到40%，多肽水平上的富集效率提高到60%，并且鉴定到很多未报到过的磷酸化位点。GO通路分析表明 “lateral root development”（P=0.9×E-4）和“transport”相关的蛋白（P=1.1×E-3）被富集，KEGG通路中“DNA replication”和“plant hormone signal transduction” 相关的蛋白被富集（P=5.4×E-4）。

接下来，研究人员用Fisher-TEST分析表明，营养缺失后与“tansport”相关的很多磷酸化多肽其磷酸化程度被强烈诱导。这些发现说明在硼缺失的条件下，离子转运和运输过程被很大程度地调控。

此外，为了深入了解植物在硼营养缺失条件下磷酸化信号应答网络，研究人员进一步分析了MAPK信号转导机制，结合生化实验最终证实MAPK信号通路中MPK激酶通过磷酸化BOR2和BOR3从而调控细胞内boron的极性运输（图2）。该工作为进一步推进tandem-MOAC系统在植物中的应用提供了新的思路和有效工具。

图2 MAPK 信号通路调控boron转运机理

综上所述，该研究使用非标记定量技术，磷酸化蛋白质组学技术从系统生物学水平上探讨了植物在营养缺失后位点特异的磷酸化（site-specific phosphorylation）信号变化网络。

参考文献

Chen, Y., & Hoehenwarter, W. (2018). Rapid and reproducible phosphopeptide enrichment by tandem MOAC: application to boron deficiency induced phosphoproteomics. The Plant Journal. doi:10.1111/tpj.14215

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