拟南芥根部蛋白组学新突破

小编按语

除草剂的使用与农业生产息息相关，但是其毒性对周围环境的污染一直被人们所诟病。最近，浙江工业大学的专家学者在著名期刊Scientific Reports 中发表了一篇imazethapyr 对拟南芥根部影响的学术文章，首次全面系统的进行了拟南芥根部的蛋白组学研究，景杰生物有机会再次助力，为此项研究提供了高通量蛋白组学技术支持。

Qian H., et al. (2015) Analyzing Arabidopsisthaliana root proteome provides insights into the molecular bases of enantioselective imazethapyr toxicity. Sci Rep. 5:11975.

在近50年中，除草剂的用量在所有农药中的比例显著提高，从1960年的20%提高到了2005年的48%，这种快速增长主要是由全世界范围内增加的粮食产量和密集化的现代农业造成的。这带来了一个当今世界各地普遍发生的问题，就是除草剂的过量使用污染了农田土壤和附近的水源，以及毒害了其他植物。

Figure 1. Photos of IM enantiomer-treated A.thaliana. Thephenotype of roots (A) and seedlings (B) after a 4-day exposure to 20 μg L⁻¹ R-IM or S-IM compared with those in control conditions.

咪草烟（imazethapyr, IM）是一种常见的具有手型结构的除草剂，在生产中一般应用于水稻、大豆等做作物，其毒理作用是通过抑制双子叶杂草中支链氨基酸（branched chain amino acids, BCAAs）的合成来实现的。IM能够抑制乙酰乳酸（acetolactate）合成酶的活性，从而影响支链氨基酸的合成。

Figure 2. Statistical analysis of the proteins detected in iTRAQ experiment. Numbers of differentially expressed proteins in A. thaliana roots (A) upregulated proteins in Arabidopsis roots (B) and downregulated proteins in Arabidopsis roots (C) Gene ontology for molecule functional classification after R-IM treatment. The ratios between the protein content in R-IM (or S-IM) exposed plants and that in the control group were used to express the level of up- or down-regulation in protein expression (D).

在这项研究中，研究人员以模型植物拟南芥（Arabidospsis thaliana）为样本，通过iTRAQ技术研究S-IM和R-IM这两种IM对映异构体的刺激对其根部蛋白质组的影响。研究人员在拟南芥中共鉴定到6135个根部蛋白，是目前为止该植物根部最全面的蛋白质组学研究。在S-IM和R-IM刺激下分别定量到4185和3802个蛋白，其中差异表达蛋白分别为1322和987个。通过对差异表达蛋白的生物信息分析，研究人员发现IM不仅能够抑制BCAA的合成，而且还可以通过促进BCAA的代谢分解来降低BCAA的量。IM还会影响糖类和淀粉的代谢，改变根部细胞壁的构成，以及增加柠檬酸盐（citrate）的产生分泌。

这项研究发现了很多之前未知的拟南芥中由IM处理导致的细胞内生理过程，为模型植物中除草剂毒性的机理研究提供了理论依据。

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