400-820-8531
蛋白質二硫鍵異構酶（PDI，EC 5.3.4.1）是一種硫醇-二硫鍵氧化還原酶，在催化底物蛋白質中二硫化物的氧化和重排中起著至關重要的作用。在植物中，PDI主要參與調節(jié)種子萌發(fā)和發(fā)育，促進胚乳中儲存蛋白的氧化折疊，也有助于花粉的形成。然而，PDI在根系生長中的作用以前沒有研究過。
2024年3月，西北大學劉亞楠團隊在IJMS（IF=5.6）上發(fā)表了題為“Integrated Transcriptome and Proteome Analysis Reveals the Regulatory Mechanism of Root Growth by Protein Disulfide Isomerase in Arabidopsis”的研究論文。該研究利用PDI小分子抑制劑16F16去除PDI基因，從而研究基因缺失對植物的影響。結果表明，16F16處理明顯抑制擬南芥根系的生長。為了進一步研究16F16處理的影響，作者使用轉錄組測序和TMT定量蛋白質組學對處理過的根進行了表達譜分析。多組學聯(lián)合分析揭示了16F16處理下擬南芥幼苗根系縮短的調控網絡，主要涉及苯丙烷生物合成和植物激素信號轉導途徑。拜譜生物為該研究成果提供了轉錄組測序和TMT定量蛋白質組學技術，這項研究增強了我們對PDIs在擬南芥根系生長中的重要作用的理解，并為16F16處理后根部縮短的調節(jié)機制提供了見解。
文章名稱：Integrated Transcriptome and Proteome Analysis Reveals the Regulatory Mechanism of Root Growth by Protein Disulfide Isomerase in Arabidopsis（IJMS，IF=5.6，2024.3）
客戶單位：西北大學
研究材料：擬南芥
拜譜提供技術：轉錄組測序、TMT定量蛋白質組學
研究結果
16F16脅迫會抑制擬南芥根系生長
為了探究16F16處理對根系生長的影響，進行了根系伸長的劑量反應試驗。結果表明16F16處理對擬南芥根系生長有顯著抑制作用，且隨著16F16濃度的增加，對根系的抑制作用逐漸增強。
差異表達基因（DEGs）和差異表達蛋白（DEPs）的分析及亞細胞定位
作者通過對16F16處理組和對照組進行轉錄組測序發(fā)現(xiàn)，16F16處理后共有994個差異表達基因，其中330個基因上調，664個基因下調。下調基因的數(shù)量遠大于上調表達基因的數(shù)量。因此，可以推測16F16處理后PDI活性的抑制導致某些相關蛋白的折疊受到影響，從而抑制了相關基因表達的趨勢（圖1A）。
為了進一步研究擬南芥根縮短的分子機制，使用TMT蛋白質組學分析了對照組和處理組之間蛋白質譜的變化。共鑒定出120個DEPs，其中53個上調蛋白和67個下調蛋白，發(fā)現(xiàn)3個與擬南芥根系發(fā)育相關的DEPs均下調（圖1B）。
亞細胞定位是決定蛋白質功能的關鍵因素。使用Uniprot網站對DEPs的亞細胞定位進行預測。根據(jù)預測結果，DEPs主要位于膜（33,40.24%）和胞質溶膠（13,15.85%）。DEPs主要定位于細胞膜這一事實進一步支持了先前的發(fā)現(xiàn)。因此，定位于膜的DEPs對16F16處理有反應，并可能影響擬南芥幼苗的根長發(fā)育（圖1C）。
圖1|DEGs和DEPs的分析以及DEPs的亞細胞定位
(圖源：Liu Y., et al., IJMS., 2024)
差異表達基因和差異表達蛋白質的通路分析
為研究擬南芥根系在16F16處理后的調控機制，通過GO富集分析對DEGs和DEPs的功能特征進行分類。對于轉錄組測序，GO分類結果顯示，BP類別中顯著富集的DEGs注釋為“對刺激的反應”、“對壓力的反應”和“對化學的反應”，基因數(shù)分別為344個、231個和194個（圖2A）。上述生物過程中下調基因的比例很高，表明16F16處理可能主要通過抑制與刺激反應、脅迫反應和化學反應相關的過程來降低植物對脅迫的反應。KEGG通路分析表明，DEGs在“苯丙烷生物合成”、“植物-病原體相互作用”、“植物激素信號轉導”、“淀粉和蔗糖代謝”和“MAPK信號通路-植物”等途徑中富集。除植物激素信號轉導通路外，其他4種通路中下調基因較多（圖2B）。
通過蛋白質組學結果分析發(fā)現(xiàn)，KEGG中顯著富集的前10個是“苯丙烷類生物合成”、“光合作用”、“各種植物次生代謝物的生物合成”、“次生代謝物的生物合成”以及“代謝途徑”（圖2D）。
圖2|差異表達基因和差異表達蛋白質的通路分析、
(圖源：Liu Y., et al., IJMS., 2024)
蛋白質組學和轉錄組學聯(lián)合分析
為了揭示DEGs和DEPs之間的相關性，作者對轉錄組和蛋白質組進行了聯(lián)合分析。共檢測到16個共有DEGs，15個DEGs表達趨勢相同，1個DEGs表達趨勢相反。隨后進行了KEGG富集分析，結果表明DEGs和DEPs高度富集了苯丙烷類生物合成途徑，再次表明苯丙烷類生物合成途徑是影響擬南芥幼苗根系發(fā)育的重要途徑（圖3)。
圖3|轉錄組和蛋白組的聯(lián)合分析
(圖源：Liu Y., et al., IJMS., 2024)
拜譜小結
為了研究PDI對擬南芥根發(fā)育的影響，作者用16F16對擬南芥進行應激處理，通過多組學分析以及遺傳學、細胞生物學和生物化學實驗，發(fā)現(xiàn)擬南芥根系的生長和發(fā)育受16F16的抑制且呈現(xiàn)劑量依賴性。本研究揭示了AtPDIs在根系生長發(fā)育中的潛在功能和機制，為未來PDI在擬南芥或其他植物中的功能研究奠定了基礎。這一過程中拜譜生物提供了轉錄組測序、TMT定量蛋白質組學技術，拜譜生物可提供完善成熟的轉錄組學、蛋白組學、代謝組學以及多組學聯(lián)合分析等組學技術服務產品體系，助力發(fā)表高分文獻，歡迎致電咨詢！
參考文獻：Liu Y, Song P, Yan M, Luo J, Wang Y, Fan F. Integrated Transcriptome and Proteome Analysis Reveals the Regulatory Mechanism of Root Growth by Protein Disulfide Isomerase in Arabidopsis. Int J Mol Sci. 2024 Mar 22;25(7):3596. doi: 10.3390/ijms25073596
