蛋白质shotgun分析(鸟枪法),又叫蛋白质全谱分析,是指对完整的组织、体液、血液或其提取物进行组分分析的方法,目的是鉴定出尽可能多的蛋白质和肽段。首先使用蛋白酶把蛋白质消化成肽段混合物;然后结合色谱和质谱完成肽段的分离和鉴定,得到肽段的氨基酸序列;基于氨基酸序列在蛋白质数据库中检索出目的蛋白,最终实现蛋白质的鉴定。该方法可同时鉴定成百上千种蛋白质。
稻瘟病菌是造成水稻稻瘟病的一种半活体寄生真菌,感染稻瘟病是影响水稻生产的主要制约因素,对全球粮食安全构成严重威胁。需要制定有效的措施来控制稻瘟病,以确保全球粮食安全。到目前为止,最有效的控制方法是使用杀菌剂、栽培抗性品种等,但它们都只能使稻瘟病得到部分控制。越来越多的证据表明植物病害易感性不仅因为宿主免疫力低。虽然植物-病原菌之间的竞争迫使病原菌不断发展新的策略来逃避或抑制植物免疫,但大多数病原体,特别是半营养真菌,需要与宿主合作才能建立相容的相互作用。所有以某种方式促进感染和/或支持相容性的植物基因都可以视为易感基因。
耐稻瘟病菌水稻(IRBL5-M)和易感水稻(IRBLi-F5)
耐稻瘟病菌水稻(IRBL5-M)和易感水稻(IRBLi-F5)植株种植在28℃的温室中,相对湿度为85%,光周期为12小时。制备真菌接种物并将其浓度调节至3×105分生孢子/mL。具有三片展开叶的水稻通过雾化喷雾接种孢子悬浮液,在潮湿的环境中20℃温育24小时,后在温室里保持25-28℃的温度。在接种真菌0小时(未感染的对照),12小时和24小时收获水稻叶片进行分析。为保证结果的准确性,该研究中使用三个生物学重复。对收集的叶片样本提取总蛋白质进行LC-MS/MS鸟枪法比较蛋白质组学分析。通过qPCR对感兴趣的基因转录水平进行检测。
1.水稻与稻瘟病菌相互作用的差异蛋白质鉴定
在接种稻瘟病菌12小时和24小时对相容和不相窑的水稻-稻瘟病菌相互作用进行比较蛋白组学分析。结果显示,IRBLi-F5和IRBL5-M在感染稻瘟病菌后分别显示出敏感和抗性表型,两者之间鉴定出大量差异蛋白质,且这些差异蛋白主要集中在感染的12个小时内(图1)。
2.功能注释揭示水稻稻瘟病易感性的分子反应
在接种稻瘟病菌12小时的易感/易感对照、接种稻瘟病菌12小时的抗性水稻/抗性对照,以及接种12小时的易感/抗性水稻相互比较后,对差异蛋白进行功能注释。结果显示,在鉴定的211个差异丰富的蛋白质中有149与代谢过程有关。除此之外,细胞对氧化应激的反应(ROS)也显著富集(表1)。
3. 反义技术验证易感相关蛋白( S-protein )的作用
结合自身数据以及前期发表的转录组数据,最终选定以OsDjA2、OsERF104和OsPYL5为证候选基因,使用瞬时诱导基因沉默( TIGS)进一步验证它们在稻瘟病易感性中的作用。在硫代寡脱氧核苷酸(PTO)浸润后16小时,再接种稻瘟病菌。结果显示,尽管所有处理过的植物都表现出典型的稻瘟病病变性状,但与对照组相比,用PTO靶向S候选物处理的水稻叶片清楚地显示出轻微的病变。
Fabiano T P K T á vora, Rosangela Bevitori, Raquel N Mello, et al. Shotgun proteomics coupled to transient-inducible gene silencing reveal rice susceptibility genes as new sources for blast disease resistance. J Proteomics. 2021 Jun 15; 241:104223. doi: 10.1016/j.jprot.2021.104223. Epub 2021 Apr 18.
牛肉的品质是影响消费者食用体验的重要影响因素,这些品质包括多汁、嚼劲和嫩度等。对牛肉行业来说,生产符合消费者期望的高品质牛肉是一个挑战。在过去二十年的时间里,蛋白质组学方法已应用于肉类科学中。除对肌肉组织的研究外,从血液或血浆中通过蛋白质组学方法寻找生物标志物也备受研究者关注。血浆蛋白的差异丰度可以区分哺乳动物的生理或病理状态,使用可获取的牛体液来识别肉嫩度的替代生物标记物是有潜力的。
23头利穆赞父系杂交公牛的血液样本和肌肉组织样本
在本研究中,对23头利穆赞杂交公牛的肉质进行鉴定,最终选出5头高品质和5头低品质的公牛。应用shotgun蛋白质组学(LC-MS/MS)对这10头牛的血浆和肌肉样本进行肉质候选生物标志物的鉴定,并使用label-free法定量蛋白质。
1.shotgun蛋白质组学法在血浆和肌肉样本中鉴定蛋白质
从血浆和肌肉样本中分别鉴定出188种和546种蛋白质,其中37个蛋白是两种样本类型中共存的(图1)。
2.两种不同品质的公牛血浆蛋白质组差异分析
两种不同品质的公牛血浆样本中有16个差异蛋白(表1),其中,包括胎球蛋白B等内在的9种蛋白质差异显著(P<0.05),包括触珠蛋白在内的7种蛋白存在差异趋势(P<0.1)。这16种蛋白质与三种品质性状相关,如触珠蛋白与嫩度和多汁负相关,与嚼劲正相关。
3. 两种不同品质的公牛肌肉样本中差异蛋白分析
在两种不同品质的肌肉样本中共鉴定到15种差异蛋白质(表2),其中包括肌球蛋白-2等内在的8种蛋白质差异显著(P<0.05),另外包括磷酸三酯酶相关蛋白在内的7种存在差异趋势(P<0.1 )。这15种蛋白质与三种品质性状相关,比如ATP依赖性6-磷酸果糖激酶( PFKM)与三种质地性状显著相关。
Yao Zhu, Mohammed Gagaoua, Anne Maria Mullen, et al. Shotgun proteomics for the preliminary identification of biomarkers of beef sensory tenderness, juiciness and chewiness from plasma and muscle of young Limousin-sired bulls. Meat Sci. 2021 Jun; 176:108488. doi: 10.1016/j.meatsci.2021.108488. Epub 2021 Mar 5.