Nature子刊 | MRM助力颠覆传统进化观念，基因驱动生物演化假说再下一城！
3月11日，华大基因刘斯奇研究员团队与芝加哥大学龙漫远教授团队、亚利桑那大学等团队合作研究的成果刊登在《Nature Ecology & Evolution》上，芝加哥大学张力博士和华大基因任艳博士为共同第一作者。该研究使用了MRM（Multiple Reaction Monitoring）靶标蛋白质组学分析技术，提供了迄今为止最大的高质量的新蛋白质数据集，将是未来基因驱动生物演化研究的重要参考。（点击“阅读原文”可查看完整文章）
生命如何起源？生命又将演化成什么样子？达尔文的物种起源学说对此作了经典的论述，分子生物学的发展则深刻地揭示了生命演化的分子基础。人们认识到，一种生物物种的基因组承载了所有的遗传信息，这些信息主要分为两类：基因和调控元件。如果说基因是搭建生命的砖块，调控就是砖块搭建的模式。究竟是基因还是调控元件驱动了生物演化？长期以来就存在两种不同的学说。
近年来，大量实验数据支持调控在发育过程中的重要性，并揭示了许多新的调控元件和调控模式；然而，基因驱动的核心元素，新蛋白质的实验证据却一直未有大的起色。
芝加哥大学龙漫远教授是新基因起源与演化领域的顶尖学者，长期致力于新基因的系统性鉴定和研究。他在国际水稻基因组研究中，发现水稻基因组中存在大量的孤儿基因，而且多数水稻近缘物种间的分歧时间只有3-4个百万年。因此，龙教授提出，从水稻基因组出发将很有可能追溯从非编码序列到新蛋白质产生的进化过程。
在《Nature Ecology & Evolution》的这篇文章（《Rapid evolution of protein diversity by de novo origination in Oryza》）中，研究团队从粳稻基因组中发现了175个编码蛋白质的新基因，这些新基因具有完整的基因结构，能在水稻近缘物种不同组织被转录（图1）。
更为重要的是，在从非编码序列到完整蛋白质序列的关键转变过程中，检测到明显的正选择信号。但是，公共蛋白质组数据库中鲜有支持这些新基因的肽段信息。于是，研究团队进一步采用靶标蛋白质组学分析技术（Multiple Reaction Monitering，MRM），发现了超过50%的新基因在水稻样本中有明确的翻译证据。不仅如此，通过人工合成多肽，研究团队严格证明了这些新蛋白质鉴定证据的可靠性（图2）。这个发现从根本上颠覆了进化过程中新蛋白质数量稀少的传统观点，为基因驱动生物演化的假说提供了坚实的实验证据。
本论文提供了迄今为止最大的高质量的新蛋白质数据集。这些数据将是未来基因驱动生物演化研究的重要参考。围绕这些新蛋白质的研究将有助人类扩展充实新基因起源与演化的理论框架。
该研究使用了MRM（Multiple Reaction Monitoring）靶标蛋白质组学分析技术，该技术是基于已知信息或假定信息设定质谱检测规则，对符合规则的离子进行信号记录，去除大量不符合规则离子信号的干扰，从而得到质谱信息的一种数据获取方式（图3）。该技术非常适用于水稻新基因表达蛋白产物的验证，也被广泛用于生物标志物的验证、低丰度蛋白检测、蛋白翻译后修饰鉴定及同源蛋白亚型监测，在目标蛋白质组学的研究中发挥了重要的作用。
基于MRM的目标蛋白质组学研究，曾被《Nature Methods》评为2009年最值得关注的技术之一。[1,2]与基于免疫学技术的目标蛋白方法相比，利用MRM目标蛋白组学验证的方法解决了蛋白标志物验证速度慢的难题。MRM技术相比于一次只能研究一个蛋白的抗体技术，能够同时分析上百个目标蛋白，可用于大样本目标蛋白的验证。
表1 抗体技术与MRM技术比较
华大基因自2012年提供MRM服务以来，已经积累完成超过200个MRM项目，发表研究论文近30篇。
此外，华大基因质谱平台还提供多种定量技术，如iTRAQ、TMT、IBT（自主研发）、DIA，将这些非靶向蛋白定量技术与靶向蛋白定量MRM技术完美结合，为生物标志物的发现及验证提供一站式解决方案。
参考文献：
[1]Addona, T. A., S. E. Abbatiello, et al. (2009). "Multi-site assessment of the precision and reproducibility of multiple reaction monitoring-based measurements of proteins in plasma." Nat Biotechnol 27(7): 633-641.
[2]Picotti, P., O. Rinner, et al. (2010). "High-throughput generation of selected reaction- monitoring assays for proteins and proteomes." Nat Methods 7(1): 43.
撰稿：任 艳
编辑：市场部
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