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：iTRAQ 與PRM定量蛋白質組學
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，并導致葉片變黃。了解潛在的機制對于調節煙葉的衰老很重要。但是，很少有從蛋白質組學層面解釋煙葉衰老的研究。在這里，光合作用實驗和蛋白質組學被用來研究不同生長階段的煙葉。
技術路線
煙草葉片衰老中的光合作用 -- 定量蛋白組學探索蛋白變化 -- 驗證關鍵蛋白及其活性 -- 分子機制討論
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實驗結果
烤煙葉片三種不同葉齡的樣品的光合指數如圖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之間的水平沒有顯著差異（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的氣孔導度值相似且顯著低于IM（圖1c）。蒸騰速率顯示出與氣孔導度相同的趨勢（圖1d）。通常，光合參數隨葉片衰老而降低。
圖1 煙草衰老過程中的光合作用
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iTRAQ蛋白質組學在三種不同葉齡的烤煙樣品中鑒定了4747個蛋白。根據定義差異蛋白（DEP）的標準（p值<0.05和倍數變化> 1.2或<0.83），DEP如圖4所示。比較OM和IM葉片時，122個DEPs是增加表達而199個DEPs分別是減少表達的（圖2a）。比較OM和WM，有319個DEPs，124個增加表達的DEPs和195個減少表達的DEPs（圖2b）。比較WM與IM，我們獲得了223個DEPs，比較IM與WM，125個增量表達的DEPs和98個下調表達DEPs。圖3顯示了成對比較的結果，所有3組均具有86個DEPs。
圖2差異表達蛋白質（DEP）火山圖
圖3不同組之間差異表達蛋白的Venn圖
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在OM vs IM，OM vs WM和WM vs IM的DEP中，與DEP相關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”，“二次代謝產物的生物合成”，“各種環境中的微生物代謝”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，并且強烈影響煙葉的產量和質量。因此，有必要研究與光合作用有關的蛋白質的表達。在這項研究中，有8種蛋白質參與光合作用。大多數與光合作用相關的DEP參與了光合作用的核心部分，包括光系統I，光系統II，細胞色素b6f復合體，電子傳遞和ATP合酶（圖7）。因此，與光合作用有關的八個DEP可能是煙葉老化中的目標蛋白。
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相對表達矩陣熱圖
圖6衰老過程中煙葉的光合作用途徑
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在這項研究中，基于iTRAQ實驗的結果，使用PRM技術分析了12種靶蛋白，總體結果顯示出良好的效果。驗證結果顯示，三組中有7種蛋白質與iTRAQ定量結果顯示出一致的趨勢（圖7）。
圖7不同樣品之間PRM定量蛋白質差異的柱狀圖
小結
衰老過程中與光合作用相關的主要蛋白質的測定可為了解煙草葉片衰老的生物學特性提供理論依據。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，然后應用基于iTRAQ的定量蛋白質組學和平行反應監測（PRM）來確定老化煙葉中蛋白質的表達。這將是首次基于iTRAQ-PRM技術的報告，作者確定了與光合作用相關的蛋白質在烤煙植株的衰老階段表現出不同的表達。
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