精彩盘点 | 2019中科项目文章—多组学在农林领域的应用

2020-04-03 09:27:28, APTBIO-MKT 上海中科新生命生物科技有限公司

点击蓝字关注我们

质谱多组学

上期回顾：年终盘点 | 2019年中科项目文章医学篇（一)：肿瘤研究

随着质谱多组学技术的广泛应用，为农林领域动植物研究提供新手段，从作物育种、生长发育，到生物胁迫、非生物胁迫等。2019年，中科新生命在农林领域更是收获颇丰，客户项目文章已收录近80篇，发表于Nat Commun、Autophagy、Mol Cell、PNAS、Plant Cell等高水平期刊。今天小编盘点了2019年发表的代表性客户文献，与各位老师一同分享。

1. 明确水稻Pigm广谱抗稻瘟病性调控机制

Molecular Cell IF= 14.548

RRM Transcription Factors Interact with NLRs and Regulate Broad-Spectrum Blast Resistance in Rice.

稻瘟病对水稻生产威胁极大，选育和种植抗稻瘟病品种是防治稻瘟病最经济、有效和安全的措施。来自中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所的何祖华研究组于2019年4月在《Molecular Cell》上发表了关于水稻广谱抗病的最新研究成果。中科新生命参与了互作蛋白的分析工作。

此次研究发现了新的RRM转录因子PIBP1和Os06g02240，并揭示了其激活下游免疫基因表达调控水稻广谱抗病性的机制。该研究不仅在理论上扩展了植物免疫与抗病性机制的认识，也为作物抗病育种提供了有效的新工具。

2. 蛋白乙酰转移酶介导细胞自噬控制稻瘟病菌致病的机制

Autophagy IF=11.059

Histone acetyltransferase MoHat1 acetylates autophagy-related proteins MoAtg3 and MoAtg9 to orchestrate functional appressorium formation and pathogenicity in Magnaporthe oryzae.

上一篇文章讨论了水稻的防御机制，这一篇文章则是从稻瘟病菌的角度探索了致病机理。来自南京农业大学植保学院的张正光课题组揭示了组蛋白乙酰转移酶介导细胞自噬控制稻瘟病菌致病的机制。该研究成果于2019年2月发表于《Autophagy》上。中科新生命参与了互作蛋白的分析工作。

研究发现，稻瘟病菌营养生长时，组蛋白乙酰转移酶MoHat1高度磷酸化定位于细胞核中，而病菌接触、识别水稻后，MoHat1一部分继续留在细胞核中，而另一部分迅速去磷酸化，与热激蛋白MoSsb1结合，并在其帮助下进入细胞质中，对细胞自噬中的核心蛋白MoAtg3和MoAtg9进行乙酰化，实现对细胞自噬的精准调控，进而控制稻瘟病菌功能性附着胞的形成，帮助病菌完成侵染。该研究从自噬的角度研究了稻瘟病侵染过程的关键调控机制，为后续的抗病育种提供了理论基础。

3. 自噬协同细胞壁完整性调控稻瘟病菌致病性

Autophagy IF=11.059

Shedding light on autophagy coordinating with cell wall integrity signaling to govern pathogenicity of Magnaporthe oryzae.

无独有偶，在稻瘟病菌致病机理研究方面，南京农业大学教授张正光课题组成果频发，在《Autophagy》上发表了关于稻瘟病菌侵染过程中增强致病性的调控机制。中科新生命参与了蛋白磷酸化修饰分析工作。

团队的前期研究发现，稻瘟病菌中可能存在一条新的、独立于保守CWI途径的调控方式，可在内质网胁迫下激活MoMkk1的磷酸化，进而激活CWI途径。最近的研究进一步发现，DTT不仅可以诱导内质网胁迫，还可以诱发细胞自噬。细胞自噬核心蛋白MoAtg1可以应答DTT胁迫，磷酸化修饰MoMkk1，从而激活CWI途径。而在稻瘟病菌侵染水稻时，病菌体内造成的内质网胁迫可激活MoAtg1特异性地磷酸化MoMkk1，从而增强细胞壁完整性途径，以增强病菌的致病力。该研究从生化与分子生物学水平上揭示了在内质网胁迫下，稻瘟病菌协调细胞自噬过程和细胞壁完整性途径，控制致病力的新机制。

4. 昆虫效应子在寄主植物中的作用靶点及作用机制

PNAS IF=9.580

An effector from cotton bollworm oral secretion impairs host plant defense signaling.

植物能够感知昆虫取食，植食性昆虫则进化出了能征服植物防御的效应器。目前已知的昆虫效应子大多数是从刺吸式昆虫中分离而来，而对咀嚼式昆虫的效应子研究非常有限。与此同时，寄主植物中昆虫效应器的作用靶点尚不清楚。来自中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所的毛颖波研究组针对棉铃虫效应子在寄主植物中的作用靶点及作用机制进行了探讨，成果于2019年6月发表在《PNAS》上。中科新生命参与了Label-free定量蛋白质组学检测分析工作。

研究人员利用蛋白质组学技术，对比分析了拟南芥叶片和人工饲料饲喂的棉铃虫口腔分泌物（OS）的差异蛋白。经过筛选，研究人员从棉OS中分离到一个名为HARP1的效应子。HARP1在取食过程中从幼虫体内释放到植物叶片中，并通过伤害部位进入植物细胞。HARP1在拟南芥中的表达降低了伤害和茉莉酸盐（JA）反应基因的整体表达，使拟南芥对昆虫的取食更敏感。HARP1直接与茉莉酸ZIM结构域（JAZ）抑制因子相互作用，阻止COI1介导的JAZ降解，从而阻断JA信号转导。类HARP1蛋白在夜蛾科中具有保守的效应器功能，这类效应器可能有助于昆虫在共同进化过程中对寄主植物的适应。

5. 水稻qGL3/ospkl1与GSK3/SHAGGY-Like 2激酶OsGSK3共同调控油菜甾体激素信号转导

The Plant Cell IF= 8.631

Rice qGL3/OsPPKL1 Functions with the GSK3/SHAGGY-Like Kinase OsGSK3 to Modulate Brassinosteroid Signaling.

水稻粒长不仅关系到水稻的产量也决定了水稻的外观品质，因此水稻粒长的研究具有重要意义。近日，国际著名刊物《The Plant Cell》在线发表了南京农业大学农学院黄骥教授团队关于水稻粒长的相关工作成果。中科新生命参与了互作蛋白检测分析工作。

该文研究结果表明，与拟南芥中的BR信号通路不同，水稻qGL3通过调控OsGSK3的磷酸化状态和蛋白水平以及OsBZR1的核质分布，进而调控BR信号通路和水稻粒长。这项研究对水稻粒形进行分子改良具有重要的应用价值。

6. SBP结构域蛋白OsSPL3调控水稻不定根发育

Plant Cell IF= 8.631

OsSPL3, a SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice.

水稻、小麦及玉米等禾本科作物均为须根系植物，根系主要由大量的不定根构成。不定根的数目和生长角度会直接影响它们在土壤中的固着和养分的吸收，进而影响产量，但目前对禾本科植物不定根形成的分子机理尚不清楚。2019年4月，浙江大学生命科学学院植物生物学研究所毛传澡教授课题组在《The Plant Cell》在线发表了水稻不定根发育的相关研究成果。中科新生命参与了植物激素检测分析工作。

通过筛选水稻突变体材料，研究人员获得了突变体lcrn1（lower crown root number1），该突变体不定根原基发育缓慢，不定根原基的起始被部分抑制，因此呈现出不定根数少的表型。图位克隆发现，LCRN1编码一个含SBP结构域的转录因子OsSPL3。lcrn1中OsSPL3点突变干扰了miR156对它的转录后抑制，导致OsSPL3转录产物高积累，蛋白含量增加，从而抑制了不定根的发育。

进一步分析发现，OsSPL3直接结合在下游靶基因OsMADS50的启动子区，调控其表达。遗传学分析表明，过表达OsMADS50抑制水稻不定根数目，而在lcrn1背景下敲除OsMADS50可部分恢复不定根数目。此外，OsSPL3的同源基因OsSPL12也参与调控不定根数目。

该研究揭示了水稻不定根发生的调控通路，水稻miR156的靶基因OsSPL3/OsSPL12通过诱导OsMADS50表达调控水稻不定根数目。为水稻根系的遗传改良提供了新的思路。

7. 多组学联合分析揭示粮油作物重金属镉定向分配和修复的生理分子机制

Journal of Experimental Botany IF= 5.360

Multiomics landscapes uncover the pivotal role of subcellular reallocation of cadmium in regulating rapeseed resistance to cadmium toxicity.

2019年6月，《Journal of Experimental Botany》发表了湖南农业大学张振华老师课题组的相关研究成果。本文阐明油菜地上部液泡的镉区隔能力强，以及地下部细胞壁的镉阻隔能力强是油菜有更高镉抗性的根本原因。中科新生命参与代谢组学的检测分析工作。

本课题利用196份油菜核心品系，从中筛选出镉毒抗性品种Z11和镉毒敏感品种W10，二者在镉毒胁迫下具有显著的表型差异。Z11和W10植株器官水平镉浓度并无显著差异；然而，Z11地上部液泡和根部细胞壁镉浓度显著高于W10，这说明镉的液泡区室化分隔和细胞壁固定可能是二者镉毒抗性差异的主要生理原因。

8. 多组学联合全景描绘黄颡鱼杂交优势形成机制

Molecular & Cellular Proteomics IF=4.828

Integrated analysis of transcriptomic, miRNA and proteomic changes of a novel hybrid yellow catfish uncovers key roles for miRNAs in heterosis.

为了更好地了解杂交优势形成的分子机制，来自南京师范大学海洋学院的研究团队利用多组学联合进行了全面探索，并在《Molecular & Cellular Proteomics》上发表了相关研究成果。中科新生命参与了其中的靶向蛋白PRM检测分析工作。

该研究从转录、蛋白层面整体分析了杂交种及其亲本间基因和蛋白质的差异表达及变化规律，针对杂交优势调控相关miRNA与杂交种靶基因的调控关系进行分析，综合解析了杂交黄颡鱼“黄优1号”杂种优势的分子遗传机制。

9. 蛋白质组学解析草莓匍匐茎芽发育特征

BMC Plant Biology IF= 3.67

Phenotypic analysis combined with tandem mass tags (TMT) labeling reveal the heterogeneity of strawberry stolon buds.

草莓（Fragaria × ananassa）通过匍匐茎或根状茎无性繁殖。然而，目前还没有对草莓三种匍匐茎芽（休眠芽、活动芽和分株叶芽）的异质性进行系统研究。近日，江苏省农业科学院果树研究所江苏省园艺作物遗传改良重点实验室赵密珍课题组在《BMC Plant Biology》上利用表型分析结合蛋白质组学揭示了草莓匍匐茎芽的异质性。中科新生命参与了蛋白组学及PRM验证部分的检测分析工作。

研究人员通过形态学观察和比较不同发育阶段的蛋白差异，揭示了草莓不同匍匐茎芽间异质性的生物学途径和基因网络，富含Ser/Arg（SR）和异质核核糖核蛋白颗粒（hnRNP）的剪接体差异蛋白与草莓匍匐茎芽异质性的相关度最大。该研究为从蛋白质水平上理解草莓匍匐茎表型和芽发育机制奠定了基础。

更多精彩

[1]Label-Free Proteomic Analysis of Molecular Effects of 2-Methoxy-1,4-naphthoquinone on Penicillium italicum. Int. J. Mol. Sci., 2019. IF= 4.183

利用Label free定量蛋白组学技术，探索MNQ对柑橘青霉病的作用机制。

[2]Secretome Profiling Reveals Virulence-Associated Proteins of Fusarium proliferatum during Interaction with Banana Fruit, Biomolecules, 2019. IF=4.694

利用Label free定量蛋白组学技术对分泌蛋白组进行分析，从而揭示香蕉果实与镰刀菌相互作用过程中镰刀菌的毒性相关蛋白。

[3]Proteomics Analysis of E. angustifolia Seedlings Inoculated with Arbuscular Mycorrhizal Fungi under Salt Stres, Int. J. Mol. Sci., 2019. IF= 4.183

采取Label free定量蛋白组学技术策略，讨论了沙枣幼苗接种丛枝菌根真菌(AMF)后，盐度胁迫减轻的相关机理。

[4]Proteomic Analysis of a Rice Mutant sd58 Possessing a Novel d1 Allele of Heterotrimeric G Protein Alpha Subunit (RGA1) in Salt Stress with a Focus on ROS Scavenging, Int. J. Mol. Sci., 2019. IF= 4.183

通过采用iTRAQ标记定量蛋白组学技术，分析在盐胁迫条件下水稻sd58株系的RGA1对ROS清除系统的调控机制。

[5]MoGT2 Is Essential for Morphogenesis and Pathogenicity of Magnaporthe oryzae. mSphere, 2019. IF= 4.447

糖基转移酶MoGt2在稻瘟菌的形态发生和致病调控机制中扮演十分重要的角色。中科新生命参与蛋白鉴定分析工作。

[6]Karyopherin MoKap119‐mediated nuclear import of cyclin dependent kinase regulator MoCks1 is essential for Magnaporthe oryzae pathogenicity, Cell Microbiol., 2019 IF=4.288

核转运蛋白MoKap119介导的MoCks1核运输对于稻瘟菌致病性至关重要。中科新生命参与蛋白鉴定分析工作。

[7]Proteomics of bulked rachides combined with documented QTLs uncovers genotype non-specific players of the Fusarium head blight responses in wheat, Phytopathology, 2019. IF= 3.264

采取Label free定量蛋白组学技术策略，分析筛选小麦对赤霉病侵染的防御相关蛋白。

[8]Quantitative proteomics analysis reveals resistance differences of banana cultivar ‘Brazilian’ to Fusarium oxysporum f. sp. cubense races 1 and 4, Journal of Proteomics, 2019. IF= 3.537

利用Label free定量蛋白组学技术，揭示香蕉品种"巴西蕉"对不同尖孢镰刀菌的耐受机制。

[9]Identification of HSP90C as a substrate of E3 ligase TaSAP5 through ubiquitylome profiling.Plant Sci，2019. IF=3.785

利用Label free泛素化修饰蛋白组学技术，揭示香蕉品种"巴西蕉"对不同尖孢镰刀菌的耐受机制。

[10]Roles of heat shock protein and reprogramming of photosynthetic carbon metabolism in thermotolerance under elevated CO2 in maize, Environmental and Experimental Botany, 2019. IF=3.712

结合代谢和转录组分析来阐明在CO2升高的情况下，玉米突发热应激时关键热休克蛋白(HSPs)的差异基因表达。中科新生命参与了能量代谢相关物质的靶向检测分析工作。

[11]Physiological responses and proteomic changes reveal insights into Stylosanthes response to manganese toxicity, BMC Plant Biol., 2019. IF=3.670

利用Label free定量蛋白组学技术，比较了锰中毒对柱花草叶片和根部的蛋白表达影响，从而探索柱花草对金属锰毒性的耐受机制。

[12]Comparative Proteomics and Physiological Analyses Reveal Important Maize Filling-Kernel Drought-Responsive Genes and Metabolic Pathways, Int. J. Mol. Sci., 2019. IF=4.183

通过采用iTRAQ标记定量蛋白组学技术和生理学分析，揭示玉米灌浆过程中的重要响应机制和相关代谢通路变化。

[13]Comparative Proteomic and Morpho-Physiological Analyses of Maize Wild-Type Vp16 and Mutant vp16 Germinating Seed Responses to PEG-Induced Drought Stress, Int. J. Mol. Sci., 2019. IF=4.183

通过采用iTRAQ标记定量蛋白组学技术和形态生理学分析，对比分析了玉米突变株与野生型种子萌发过程对干旱的响应差异，从而挖掘筛选玉米抗旱功能蛋白。

[14]Phosphoproteomic Profiling Reveals the Importance of CK2, MAPKs and CDPKs in Response to Phosphate Starvation in Rice, Plant Cell Physiol., 2019. IF= 3.929

利用iTRAQ磷酸化修饰蛋白质组学技术，揭示了K2、MAPKs和CDPKs在水稻低磷响应中的重要作用。

[15]Comparative analysis of proteomic and metabolomic profiles of different species of Paris, Journal of Proteomics, 2019. IF= 3.537

采用蛋白组学和代谢组学技术共同比较分析不同重楼近源物种之间的蛋白表达与代谢水平的系统差异。其中，蛋白组学数据使用PRM靶向检测技术进行了验证。

[16]Integrative Transcriptome and Proteome Analysis Identifies Major Metabolic Pathways Involved in Pepper Fruit Development, J. Proteome Res., 2019. IF=3.780

本研究利用转录组和Label free定量蛋白组学技术综合分析了辣椒果实发育过程中的转录与蛋白表达水平的系统变化。其中，蛋白组学数据使用PRM靶向检测技术进行了验证。