【多组学】治大国，若烹小鲜 | “蛋白组学+转录组学+……”多组学的版本升级策略

丰信生命科学

2024-07-10

导读：标准版：蛋白组学+转录组学海胆对致病性弧菌感染的免疫机制研究进阶版Ⅰ：蛋白组学+转录组学+微生物组学真菌应对宿主免疫反应新策略进阶版Ⅱ：蛋白组学+转录组学+代谢组学丛枝菌根真菌（AMF）共生下玉米幼苗

老子《道德经》第六十章中云：“治大国，若烹小鲜”。世间道法万千，核心却是一致。做科研，亦是一场用心的烹饪。“食材”丰俭由人，各种搭配，用心组合，呈现不同“组学”景观，解析生理现象背后复杂的调控机制。

背景

高通量测序结果已证实基因调控网络复杂，生物过程参与因素众多。针对特定的生理、病理、性状等表型的研究中，蛋白组学和转录组学的联合应用日益广泛。通过蛋白组学和转录组学的关联分析，能够获悉哪些mRNA实际上被翻译成蛋白质，从而揭示基因表达与功能执行之间的关系。同时，亦可以发现基因表达与其编码蛋白质的丰度之间的一致性或差异性。除此之外，蛋白组学和转录组学的联合，亦可以结合其他组学（比如微生物组学、代谢组学等），从多个维度揭示动植物等生物体中复杂的基因调控机制和寻找生物标志物。今天，小编就以我们技术团队实际参与并完成的项目文章为例，讲解如何利用“蛋白组学+转录组学”的不同组合实现研究目的。

标准版：蛋白组学+转录组学

由于高通量测序技术发展的先后，转录组学技术成为早年间机制研究中的优先选择。通过mRNA测序进行基因表达分析，的确推动了相关分子机制的研究。但是由于mRNA表达不能完全反映蛋白质表达，不宜忽略基因调控中发挥作用的蛋白质。特别是基于高分辨质谱的定量蛋白组学技术已逐渐成为阐明细胞功能、分子机制等新兴技术，在转录组学研究的基础上，加入蛋白组学的考察，构建综合组学数据平台，阐明“基因-功能”的复杂作用机制，为动植物生产等领域的实际应用提供理论指导。

以文章为例：为掲示海胆对致病性弧菌感染的免疫机制，鉴于海胆弧菌病具有明显的时间特性，作者考察了整个感染期（0h、20h、60h和100h）的转录组和蛋白组，并进行了综合比较分析，掲示感染过程中“溶酶体”和“吞噬体”途径是mRNA水平和蛋白质水平上最重要的两种富集途径，且通过关键基因表达谱和蛋白质互作分析证实组织蛋白酶家族和V-ATP酶家族基因可能是溶酶体-吞噬体途径中的关键桥梁（图1）。

图1 海胆对致病性弧菌感染的免疫机制研究

（DOI：10.1016/j.psj.2023.103281）

进阶版Ⅰ：蛋白组学+转录组学+微生物组学

多组学研究是考察生物系统中多种分子之间相互作用的有效手段。特别对于动植物生物体，往往与周围微生物构成特定生态系统。为全面解析生理病理、表型性状等问题，越来越多的研究者开始将微生物组学与转录组学、蛋白组学联合起来，从物种、基因以及蛋白层面共同解释科学问题。

以文章为例：作者对昆虫病原真菌与寄主昆虫免疫系统以及肠道微生物的相互作用进行了研究，设计莱氏绿僵菌(一种昆虫病原真菌)感染棉铃虫。采用发现在寄生阶段，昆虫病原菌激活并利用了宿主昆虫的体液抗菌免疫，清除了入侵到血腔的肠道菌，阻止它们与真菌竞争血淋巴中的营养，从而有利于真菌在昆虫血腔中完成其生长周期。不同于经典的“逃避”或“抑制”宿主免疫反应的策略，该研究揭示了真菌应对宿主免疫反应的一种新的策略（图2）。