基于 TMT 定量蛋白质组学解析梭梭与白梭梭长期耐旱的分子机制：探索沙漠植物的生存密码

《BMC Plant Biology》：Quantitative proteomic analysis based on TMT reveals different responses of Haloxylon ammodendron and Haloxylon persicum to long-term drought

为探究梭梭（Haloxylon ammodendron）和白梭梭（Haloxylon persicum）长期耐旱机制，研究人员运用 TMT 和 LC-MS/MS 技术开展定量蛋白质组学研究。结果发现两者耐旱相关差异表达蛋白（DEPs）不同，这为沙漠植物耐旱研究及分子育种提供关键依据。

　　在广袤的沙漠中，干旱是植物生存面临的巨大挑战。沙漠植物长期处于缺水环境，它们如何适应干旱、维持生命活动一直是科学界关注的焦点。目前，虽然对一些植物的耐旱机制有了一定了解，但对于梭梭和白梭梭这两种典型沙漠植物在自然环境下长期耐旱的蛋白质表达模式及相关分子机制，仍知之甚少。

为了深入探索这一问题，新疆大学的研究人员开展了相关研究。研究人员利用串联质量标签（Tandem Mass Tagging，TMT）和液相色谱 - 质谱联用（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry，LC-MS/MS）技术，对生长在自然环境中的梭梭和白梭梭进行定量蛋白质组学分析，旨在揭示它们长期耐旱的蛋白质表达模式，鉴定关键耐旱蛋白，并阐释这些蛋白在代谢途径中的功能。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。

研究人员用到的主要关键技术方法有：在新疆大学的野外科学观测站设置样地，选择不同土壤湿度环境，采集梭梭和白梭梭的同化枝样本。对样本进行总蛋白提取、质量检测，利用 TMT 标记肽段并进行分级分离，随后通过 LC-MS/MS 进行分析，结合数据库检索和生物信息学分析确定蛋白质的表达情况。

研究结果如下：

• 蛋白质鉴定与评估：质谱分析鉴定出大量肽段和蛋白质，肽段长度符合质量控制标准，样本重复性良好。主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）显示不同土壤湿度环境下样本的蛋白质表达趋势存在明显差异。
• DEPs 的定量与注释：梭梭中鉴定出 71 个 DEPs，其中脂质代谢相关蛋白在耐旱过程中发挥重要作用；白梭梭中鉴定出 348 个 DEPs，蛋白酶抑制剂 I3、烯醇化酶（Enolase）等蛋白表达上调，有助于减少细胞损伤和增强葡萄糖代谢。
• DEPs 的亚细胞定位：梭梭的 DEPs 主要位于细胞质和叶绿体，白梭梭的 DEPs 主要位于细胞质和细胞核，表明细胞质在两种植物耐旱过程中都至关重要，且两者 DEPs 亚细胞定位存在差异。
• DEPs 的 KOG 功能注释：梭梭中与碳水化合物运输和代谢等相关的蛋白上调；白梭梭中与氨基酸运输和代谢等相关的蛋白上调，而与核结构等相关的蛋白下调。
• DEPs 的 GO 富集分析：梭梭的上调 DEPs 在几丁质分解代谢过程等显著富集，下调 DEPs 在 ATP 水解偶联质子运输等途径富集；白梭梭的上调 DEPs 在应激反应类别富集，下调 DEPs 在氧化还原过程等富集。
• DEPs 的 KEGG 富集分析：梭梭上调的 DEPs 集中在亚油酸代谢等途径，白梭梭上调的 DEPs 与次生代谢产物生物合成等途径相关，两者下调的 DEPs 涉及不同代谢途径。
• DEPs 的 PPI 网络分析：梭梭和白梭梭分别筛选出关键蛋白节点，这些蛋白在各自的耐旱过程中可能发挥重要作用。
• 关键耐旱蛋白筛选：梭梭和白梭梭分别筛选出候选关键耐旱蛋白，这些蛋白参与多种代谢和生理过程。

研究结论和讨论部分表明，梭梭和白梭梭在耐旱相关蛋白数量、表达模式和变化幅度上存在显著差异。梭梭主要通过增强能量产生和维持基因组完整性来应对干旱，白梭梭则通过上调蛋白表达增强光合作用、清除活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）和渗透调节等方式提高耐旱性。这些发现为深入理解沙漠植物耐旱机制提供了重要依据，筛选出的关键耐旱蛋白可作为梭梭属分子育种的候选蛋白，有助于开发用于沙漠生态系统恢复的新种质，对西北沙漠地区的造林和植被恢复具有重要意义。