植物在自然界通常会遭受有限的降雨或严重干旱等缺水逆境胁迫，了解这些条件如何影响种子氨基酸水平和组成对于缺水条件下改善种子营养和农艺品质的育种策略具有非常重要的意义。但是在各种缺水胁迫条件下，特别是在植物结籽期，水分缺失对干燥种子中两类氨基酸（FAAs和PBAAs）的含量或相对组成的影响目前还不是很清楚。
2020年01月04日，密苏里大学Christopher S. Bond生命科学中心Ruthie Angelovici教授课题组在植物学领域专业期刊The Plant Journal上发表题为The Complex Response of Free and Bound Amino Acids to Water Stress During the Seed Setting Stage in Arabidopsis的论文，运用基于timsTOF的4D蛋白组学平台，结合代谢组学等技术揭示了拟南芥结籽期应对不同类型缺水胁迫的机制。研究表明相较于自由氨基酸（FAA），蛋白结合氨基酸（PBAA）的组成被更为严格的调控，暗示PBAA在种子生存以及胁迫响应过程中的重要作用。本篇研究不仅揭示了拟南芥结籽期响应缺水胁迫的机制，更扩展了我们对种子形成过程的理解，为后续改善种子营养和农艺品质的育种策略等相关研究提供了指导意义。
已有的研究表明基因型对于缺水胁迫下植物生长、结果、代谢等过程非常重要，但是缺水胁迫的时间、强度、方式以及植物的发育状况也都是关键的影响因素。为了探究拟南芥在结籽期对缺水胁迫的响应，作者选取了两种条件处理包括水分限制（water limitation，模拟有限的降雨或受控的灌溉）和水分剥夺（water deprivation，模拟持续干旱），然后检测种子的生理生化性状和氨基酸水平以及组成的变化。研究发现，水分限制会导致种子产量下降，但种子重量增加；而水分剥夺导致种子产量和重量都减少。接下来，作者检测了不同处理组相等样品重量中氮和碳含量的变化。实验结果显示，水分限制在最极端的条件下会引起氮成分约11%的提升，但是碳组成无显著改变；而不同条件下的水分剥夺会引起氮成分约13-24%的提升，但是碳组成也无显著改变。另外，种子重量与每粒种子的碳含量具有很强的相关性（r = 0.87），而与氮含量仅中等相关（r = 0.55）。2. 缺水逆境胁迫对种子自由氨基酸以及结合氨基酸的影响进一步，研究者对不同缺水胁迫条件下的整体蛋白水平以及氨基酸组成进行检测。在最严重的水分限制条件下（即10%PC），每mg的TPBAA（total PBAA）约增加23%，每mg的TFAA（total FAA）约增加12%。在不同水分剥夺条件下，TPBAA的占比呈现波动的趋势，其中3周或者更长时间的处理会引起13-23%的增加。而水分剥夺3到5周时间会引起TFAA 266-466%比例的增加。图3. 缺水胁迫对种子自由氨基酸和结合氨基酸水平以及组成的影响接下来，作者运用基于timsTOF的最新4D蛋白质组学技术（质谱策略）对不同处理条件下的缺水胁迫种子（样品策略）进行蛋白质组学研究，在10% PC和水分剥夺4周时间分别鉴定到3538和3648个蛋白。水分限制条件和对照组相比无显著变化的蛋白，但是水分剥夺条件下差异蛋白有576个，这些差异蛋白参与到胁迫相关的过程，氨基酸和蛋白质代谢以及营养活性等通路。综上所述，本篇研究运用蛋白组学结合代谢组学技术对各种缺水胁迫条件下的种子生理和代谢反应进行了全面研究，揭示了拟南芥结籽期应对不同类型缺水胁迫的机制。相较于自由氨基酸（FAA），蛋白结合氨基酸（PBAA）的组成被更为严格的调控，暗示PBAA在种子生存以及胁迫响应过程中的重要作用，为后续改良育种策略等相关研究提供了指导意义。Abou Yobi, et al. (2020) The Complex Response of Free and Bound Amino Acids to Water Stress During the Seed Setting Stage in Arabidopsis. The Plant Journal.