蛋白质组学

北京青莲百奥生物科技有限公司

领跑智慧多组学,助力科研新发现


服务咨询热线

010-53395839

蛋白质组学,糖基化蛋白质组学,多组学联合分析
您当前的位置 : 首 页 > 案例鉴赏 > 客户发表

客户文章喜发:菟丝子与其宿主间的“爱恨情仇”

2020-10-23 00:00:00
客户文章喜发:菟丝子与其宿主间的“爱恨情仇”
详细介绍:

青莲客户又一力作,中科院昆明植物园吴建强课题组通过研究菟丝子与其宿主之间的关联,首次证明了植物-植物间能进行大规模的蛋白质交流,该研究成果于2019年12月5日以“Extensive inter-plant protein transfer between Cuscutaparasites and their host plants”为题在Molecular Plant杂志上在线发表。

天生自带妩媚,有着动人的情致,缠缠绵绵的菟丝子,一直以来都是爱情的主题,古代诗人骚客就很喜欢歌咏菟丝子,古诗有“与君为新婚,菟丝附女萝。”这个意境读者自己体会体会~接下来小编就带大家进入菟丝子与其宿主植物拟南芥和大豆之间的“爱恨情仇”,不对不对,是蛋白质交流~

菟丝子植物特征:无根无叶寄生性一年生草本,遇到适宜宿主就缠绕在上面,在接触处形成吸根伸入宿主,吸根进入宿主组织后,部分组织分化为导管和筛管,分别与宿主的导管和筛管相连,从宿主吸取养分和水分。菟丝子幼芽一旦缠绕于宿主植物体上,生活力极强,生长旺盛,最喜寄生于豆科植物上。

该研究表明菟丝子与宿主植物之间转移了几百种至超过1500种蛋白质,其可占外来植物蛋白质组的百分之几到百分之十以上,甚至在菟丝子和宿主大豆的种子中检测到数百种植物间移动蛋白。菟丝子寄生于不同的宿主也被发现宿主间交换了数以百计的蛋白质。
发文时间
2019年12月5日
样本选择
取被菟丝子侵染三周的拟南芥和大豆的茎段以及菟丝子的茎段(取距附着区近端和远端的茎段平均混合);拟南芥-菟丝子-大豆植物簇的叶片和大豆-菟丝子寄生系统的种子。
实验设计



结果展示


1.宿主-菟丝子间蛋白转移

通过蛋白组学分析,从菟丝子的近端和远端茎段分别鉴定到619和615个拟南芥蛋白以及1535和1547大豆蛋白。这占各自的宿主茎段(拟南芥和大豆)中鉴定出蛋白总量的27.0%(734/2714)和37.9%(1807/4765)。此外,在拟南芥和大豆茎中检测到1027和1674个菟丝子蛋白,分别占鉴定的菟丝子茎段蛋白总数的17.4%(1027/5914)和 28.3%(1674/5914),具体分布如图A,B,C所示。我们推测,在近端部分检测到的独有蛋白质可能具有较高的更替率,使其在远端中未被检测到;相反,一些快速运输的宿主蛋白可能在远端中积累,而在近端则未被检测到。


值得注意的是,转录因子(TFS)通常对应蛋白质丰度很低,因此在蛋白质组分析中很难检测到,但仍然发现有6个拟南芥和8个大豆转录因子是从宿主转运到菟丝子;有4个和9个菟丝子转录因子分别转移到拟南芥和大豆中。除TFS外,还将一些潜在的病原蛋白(如R蛋白)和抗虫蛋白(如P 450s)转运到外源植物中,并可能对生物胁迫产生抗逆性。

进一步分析发现有54种蛋白质可能是保守的,GO分析表明,这54个保守的蛋白质种类主要与细胞壁果胶代谢过程、糖异生反应、对葡萄糖的反应等有关。其中有148个蛋白被发现是菟丝子特异产生的移动蛋白,GO分析表明这148个蛋白富集在GTP生物合成过程、UTP生物合成过程、核苷二磷酸磷酸化、 三羧酸循环和CTP生物合成过程中(如下图D)。



2.植物间转移报告蛋白的活性
为了进一步评估植物间蛋白的运输并检查植物间移动蛋白在长距离转移后是否保留其活性,通过拟南芥表达了五种报告蛋白eGFP-GUS,GUS,LUC,eGFP,PAT,均被菟丝子侵染。结果显示eGFP-GUS,GUS,LUC,eGFP,PAT从拟南芥转移到菟丝子茎中,尽管从视觉上没有检测到eGFP荧光,可能由于由于eGFP的表达量低。蛋白测序的结果还显示AOS在大豆和菟丝子之间转移,为了进一步确定AOS的转移,拟南芥中过表达蛋白AOS-FLAG,在菟丝子茎段明显检测到AOS-FLAG。由于eGFP的表达量低和AOS复杂的分析未检测到eGFP和AOS的活性,但这些移动的eGFP-GUS,GUS,LUC和PAT在外源植物中仍保留了它们的活性,如下图所示。


3.植物间蛋白质向大豆和菟丝子种子转移
对大豆-菟丝子寄生系统中两物种的种子进行蛋白质组分析,在 菟丝子和大豆种子中分别鉴定出 4186 和 4797 种蛋白质,有978 种大豆蛋白和 608 种 菟丝子蛋白 被分别被运送到菟丝子和大豆的种子中。这些移动蛋白分别占菟丝子和大豆种子蛋白质组的 8.84%和 2.23%; 将相同样品用于 RNA-seq 分析以研究是否存在 mRNA 转移,在菟丝子和大豆种子中分别鉴定出91个和 860 个种子中积累的外来mRNAs。此外,植物间移动蛋白和mRNA之间的比较表明,大多数移动蛋白不是从易位的mRNA重新合成的,而是真正的移动蛋白。

4.菟丝子介导的宿主间蛋白转移
对拟南芥-菟丝子-大豆植物簇的叶片进行蛋白质组分析,在拟南芥和大豆叶片中,共鉴定出4716个 和 6193 个蛋白质,发现 20.1%和 11.6%(949 和 719)被转移到另一宿主中。从拟南芥转移到大豆的蛋白约占大豆蛋白质组的 8.26%,约8.80%的拟南芥蛋白质为大豆蛋白。这些数据表明,菟丝子通过发挥维管束的作用,在不同寄主植物之间介导了蛋白质转移。如下图所示。



5.移动蛋白的一般特性
首先,利用拟南芥-菟丝子和大豆-菟丝子蛋白质组学数据比较它们在原始和外源植物中的含量,多数移动蛋白表现出蛋白丰度显著下降。部分蛋白质在外来植物中可能比在本地植物中更稳定,并且可能这些蛋白质的更替率低于被转运的率。接下来,我们试图研究植物间移动蛋白是否具有某些特性使他们可以移动。首先,发现这些植物间移动蛋白比源植物中的非移动蛋白丰富(如下图B)。流动蛋白的范围主要是20-70 kDa,仍检测到约20%的移动蛋白超过70 kDa,其中大的一个达到 611 kDa。总体来说分子量小于 70 kDa 的蛋白质极易移动,并且蛋白质亚细胞定位并不严格限制蛋白质移动。 如下图所示。



结论
该研究首次揭示了寄主-寄生植物间以及通过菟丝子连接的不同寄主间能进行大规模的蛋白质交流。由于菟丝子能够寄生不同科属的植物,因此科和属特异的蛋白也能够跨不同科属直接转运至受体植物,从而可能使受体植物获得崭新的性状。本研究对了解植物间相互作用的分子机制有较重要意义,也为植物体内物质(包括信号)的长距离运输的研究提供了新视角和新的研究方法。


北京青莲百奥生物科技有限公司

固话:010-53395839
邮箱:service@qinglianbio.com
地址:北京市海淀区永丰产业基地绿海大厦C座301


扫一扫,关注我们