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最大的植物蛋白互作圖譜完成

 

20多個國立和國際實驗室組成“擬南芥蛋白互作組圖譜聯盟”,經費由美國國家科學基金會和美國國立衛生研究院資助。

植物蛋白互作網絡圖

植物蛋白互作網絡圖

一個國際研究小組對擬南芥細胞中上千個蛋白質之間互作進行繪圖和分析,擬南芥在植物生理的研究地位如同實驗小鼠在人體生理的研究地位。

Salk研究所植物學家 Joseph Ecker 稱,在這項研究中,我們設法為科學家提供蛋白互作的雙重數據,這些數據連同將來的蛋白互作組圖譜組成一個信息庫,生物學家可利用這些信息使得農業作物具有更高的抗旱性、抗病性;也使得農業作物更富有營養和對人類的益處更大。

這一研究項目為期4年,由美國國家科學基金會National Science Foundation 資助800萬美元。

研究負責人Marc Vidal 稱,這是一個很契合的協助,Joe 和他的同事在Salk 研究所已經對擬南芥基因組測序,并克隆出一些編碼蛋白的基因,而我們在Dana Farber 研究所研究了其他生物(如酵母菌)的蛋白互作圖譜。

在項目的起始階段,技術員Mary Galli將儲存的擬南芥編碼蛋白的基因克隆轉化成一種適合于蛋白互作測試的形式。Galli稱,10000個以上的開放閱讀框(ORF)被轉化,它們的序列驗證后用于蛋白互作檢測。

基于酵母雙雜交試驗的蛋白質互作檢測流程對這些開放閱讀框進行系統的操作。在多于40萬種擬南芥蛋白結合測試中,研究人員一共發現6250個蛋白互作樣本,并有2774種蛋白參與其中。他們還列舉出與過去蛋白互作研究的相同點,證實這些數據的真實性和可靠性。

6205種蛋白互作樣本在擬南芥完整蛋白作用譜中僅占大約2%,因為,檢測試驗僅覆蓋擬南芥完整蛋白的1/3;由于靈敏度的原因不能檢測許多較弱的蛋白作用。考慮到這些因素,更大的蛋白作用圖譜將會出現。

即便作為起始步驟,這一新圖譜還是很有用處的。研究人員把互作蛋白分類到功能組中用于揭示協同作用蛋白的網絡。Ecker 稱,我們知道的信息很少,如植物中不同激素信號通路是如何交流的,但是,這項研究幫助我們發現一些通路之間的鏈接。

對蛋白圖譜的進一步分析得到植物進化的新認識。研究人員發現,1900對互作蛋白可能是原始基因拷貝擴增的產物;擬南芥基因組數據表明植物基因的隨機拷貝數比動物的多,這些基因拷貝使得植物具有適應環境變化的遺傳多樣性。

通過先進的基因組測年技術,研究人員能夠算出單一基因拷貝擴增事件的時間跨度,并在基因拷貝擴增和結合蛋白成分更換的方面進行比較。Vidal 稱,這些信息讓我們能估測進化過程中這些蛋白的功能如何串并在一起,這些第一手的分析借助了擬南芥中大量的、高質量的數據集以及(自然條件下)基因拷貝的高頻率擴增。

研究人員發現,拷貝擴增事件發生后,擬南芥蛋白的結合關系變化很快。隨著拷貝基因參與新的生理功能后,這種結合關系的變化逐漸變慢,直至在進化壓力條件下固定下來。Vidal 稱,即便這些蛋白質的氨基酸序列繼續保持歧化,蛋白結合關系的歧化經歷初始快速變化之后大幅變慢,這是我們沒有預料到的。

Ecker和他的同事希望,這項研究在認識植物生理學方面標志著快速進步時期的到來,Ecker 稱,我們可以從系統的視角下觀察擬南芥是如何行使生理功能的,這些認識其中一大部分也適用于其它植物物種,包括農作物和藥用的植物。

 
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摘要
一個國際研究小組對擬南芥細胞中上千個蛋白質之間互作進行繪圖和分析,擬南芥在植物生理的研究地位如同實驗小鼠在人體生理的研究地位。
關鍵字
蛋白 圖譜
 
 
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