题目：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
影响因子：2.672
合作技术：itraq 与prm定量蛋白质组学

叶片衰老是草本植物衰老过程中的一个重要过程，受各种内部和外部因素的影响。在叶片衰老期间，叶绿素分解代谢是最重要的代谢途径之一，并导致叶片变黄。了解潜在的机制对于调节烟叶的衰老很重要。但是，很少有从蛋白质组学层面解释烟叶衰老的研究。在这里，光合作用实验和蛋白质组学被用来研究不同生长阶段的烟叶。

技术路线
 

烟草叶片衰老中的光合作用 -- 定量蛋白组学探索蛋白变化 -- 验证关键蛋白及其活性 -- 分子机制讨论
 

实验结果

 

烤烟叶片三种不同叶龄的样品的光合指数如图1所示。与未成熟（im）和成熟度高（wm）的叶片相比，过度成熟（om）的叶片的光合速率下降; im和wm之间的水平没有显着差异（图1a）。胞间co2含量显示出与光合速率相同的趋势（图1b）。wm和om的气孔导度值相似且显着低于im（图1c）。蒸腾速率显示出与气孔导度相同的趋势（图1d）。通常，光合参数随叶片衰老而降低。

图1 烟草衰老过程中的光合作用
 

itraq蛋白质组学在三种不同叶龄的烤烟样品中鉴定了4747个蛋白。根据定义差异蛋白（dep）的标准（p值<0.05和倍数变化> 1.2或<0.83），dep如图4所示。比较om和im叶片时，122个deps是增加表达而199个deps分别是减少表达的（图2a）。比较om和wm，有319个deps，124个增加表达的deps和195个减少表达的deps（图2b）。比较wm与im，我们获得了223个deps，比较im与wm，125个增量表达的deps和98个下调表达deps。图3显示了成对比较的结果，所有3组均具有86个deps。

图2差异表达蛋白质（dep）火山图



图3不同组之间差异表达蛋白的venn图
 

在om vs im，om vs wm和wm vs im的dep中，与dep相关的前十种途径存在显着差异，而四种途径则显着丰富，包括“代谢途径”，“二次代谢产物的生物合成”，“各种环境中的微生物代谢”和“淀粉和蔗糖代谢”（图4）。图5显示86种dep明显参与了烟叶衰老过程中的六个途径。在烟叶衰老过程中，光合作用是生物量积累的重要途径，并且强烈影响烟叶的产量和质量。因此，有必要研究与光合作用有关的蛋白质的表达。在这项研究中，有8种蛋白质参与光合作用。大多数与光合作用相关的dep参与了光合作用的核心部分，包括光系统i，光系统ii，细胞色素b6f复合体，电子传递和atp合酶（图7）。因此，与光合作用有关的八个dep可能是烟叶老化中的目标蛋白。
 

图4三组dep所涉及的十大代谢途径。a.om vs im；b. om vs wm；c wm vs im



图5三组的差异蛋白质相对表达矩阵热图


图6衰老过程中烟叶的光合作用途径

在这项研究中，基于itraq实验的结果，使用prm技术分析了12种靶蛋白，总体结果显示出良好的效果。验证结果显示，三组中有7种蛋白质与定量结果显示出一致的趋势（图7）。
 

图7不同样品之间prm定量蛋白质差异的柱状图

小结
 

衰老过程中与光合作用相关的主要蛋白质的测定可为了解烟草叶片衰老的生物学特性提供理论依据。作者收集了三个不同叶龄的烟草样品，首先研究了烟草叶片衰老中的光合作用，然后应用基于itraq的定量蛋白质组学和平行反应监测（prm）来确定老化烟叶中蛋白质的表达。这将是首次基于itraq-prm技术的报告，作者确定了与光合作用相关的蛋白质在烤烟植株的衰老阶段表现出不同的表达。