【Nature Plants】TurboID新应用！通过新的蛋白质组方法发现减数分裂染色体轴相关蛋白

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者供稿 | SCI Shi

2023年3月13日，Nature Plants在线发表了德国莱布尼茨植物遗传与作物研究所（IPK）Stefan Heckmann团队及其合作者题为“TurboID-based proteomic profiling of meiotic chromosome axes in Arabidopsis thaliana”的研究论文。该研究在拟南芥减数分裂细胞中利用基于 TurboID的邻近标记蛋白质组，鉴定到了39个与两个减数分裂染色体轴蛋白ASY1和ASY3相互作用的候选蛋白质，并通过功能研究表明它们之中至少有多个新的减数分裂染色体轴相关蛋白可影响减数分裂和/或植物的生育能力。

https://doi.org/10.1038/s41477-023-01371-7

遗传变异，可在减数分裂重组过程的交叉（CO）或非交叉（NCO）形式中通过DNA双链断裂（DSB）的修复程序来回复。在减数分裂前期 I 期间，姐妹染色单体沿着称为减数分裂染色体轴（meiotic chromosome axis）的蛋白质结构排列在环基阵列中。这种结构对联会和减数分裂重组的进程必不可少，并以此形成配子的遗传多样化。在拟南芥中，染色体轴由HORMA结构域蛋白 ASY1、ASY3和 ASY4，以及黏连蛋白（cohesin）/黏连蛋白相关因子（如REC8）组成。然而，由于花器官中处于减数分裂的细胞非常有限；利用植物蛋白质组学来研究减数分裂轴的组成和调控，仍具有挑战性。

利用TurboID（TbID），该研究首先发现ASY1-eYFP-TbID和ASY3-eYFP-TbID可在asy1或asy3中恢复雄性减数分裂；尽管ASY1-eYFP-TbID效率只有约40% 。利用实时成像和生物素检测用的荧光染料偶联亲和素，研究人员证实ASY1-和ASY3-eYFP-TbID可用于减数分裂染色体轴生物素化的免疫定位（Figure 1）。

Figure 1. ASY1-和ASY3-eYFP-TbID对减数分裂轴的生物素化

已有研究表明，外源性生物素的处理可增强植物中TbID介导的生物素化；该研究证实与 0 mM 或0.1 mM生物素处理相比，0.5 mM生物素处理可显著增加ASY1-eYFP-TbID细胞中减数分裂染色体轴的生物素化；但更高浓度（1 mM）的生物素处理不能再提高减数分裂染色体轴的生物素化。因此，0.5 mM生物素被用作后续实验的处理（Figure 2）。

Figure  2. 外源性生物素处理可增加ASY1-eYFP-TbID的生物素化

利用基于TbID的邻近标记（PL）蛋白组学分析，该研究分别在ASY1-eYFP-TbID和ASY3-eYFP-TbID样本中鉴定到25种和20种染色体轴相关蛋白质，其中有6种是共同的。分析表明，这39个ASY1和/或ASY3的候选蛋白质，涵盖了大多数已知的染色体轴相关蛋白（Figure 3）。

Figure 3. 减数分裂染色体轴候选蛋白质的鉴定

最后，该研究选取了12个新的候选蛋白质和3个已知的染色体轴相关蛋白进行功能性研究。结果显示，至少有三个对减数分裂和/或生育能力至关重要；其中两个在减数分裂的细胞核（包括前期 I）中特异性表达，但第三个候选蛋白质的表达/定位无法辨别。这些结果表明，通过基于TbID的减数分裂染色体轴的PL蛋白质组学，不仅能发现在减数分裂中起作用的已知候选蛋白质，还能发现新的、真正的减数分裂染色体轴蛋白质（Figure 4）。

Figure 4. 减数分裂染色体轴候选蛋白质的功能分析

综上所述，该研究利用TbID与两个减数分裂染色体轴蛋白ASY1和ASY3的融合建立了基于TbID和PL蛋白质组方法，并鉴定到39个ASY1和/或ASY3相互作用的减数分裂染色体轴候选蛋白质；这些蛋白不仅涵盖了大多数已知的染色体轴相关蛋白，功能研究还表明它们之中至少有多个新的减数分裂染色体轴相关蛋白可影响减数分裂和/或植物的生育能力。

来源：MP植物

转自：“iPlants”微信公众号

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