热应激诱导鹿角珊瑚核心组蛋白翻译后修饰的高灵敏度图谱分析

研究人员针对珊瑚应对热胁迫的表观遗传调控机制，开发了基于nLC-TIMS-ddaPASEF-ToF MS/MS的高灵敏度组蛋白PTMs分析方法，成功鉴定出H4/H2A乙酰化修饰的动态变化，为环境胁迫下的表观遗传响应提供新工具。

　　

珊瑚礁作为海洋生态系统的关键组成部分，正面临全球变暖导致的严重白化危机。在分子层面，组蛋白翻译后修饰（PTMs）如乙酰化（ac）和甲基化（me）通过调控染色质结构参与环境应激响应，但珊瑚这类非模式生物的PTMs研究长期受限于技术瓶颈。传统抗体检测法难以区分高度相似的异构修饰，而质谱（MS）技术虽能提供更全面的"组蛋白密码"信息，却面临低丰度修饰检测灵敏度不足、异构体分离困难等挑战。

针对这一科学问题，佛罗里达国际大学Francisco Fernandez-Lima和Jose M. Eirin-Lopez团队在《Environmental Epigenetics》发表研究，首次将纳米液相色谱（nLC）与捕获离子淌度谱（TIMS）及平行累积-串联碎裂（PASEF）技术联用，建立了可检测6个数量级动态范围的组蛋白PTMs分析方法。该工作以濒危物种鹿角珊瑚（Acropora cervicornis）为模型，通过急性热应激实验（26℃ vs 33℃处理13小时），揭示了核心组蛋白H4/H2A特异性乙酰化修饰与热应激的关联。

关键技术包括：1）基于离子淌度的气相预分离技术（TIMS）结合高分辨质谱（ToF-MS/MS），实现异构体分辨；2）双轮丙酰化衍生策略增强肽段检测灵敏度；3）数据依赖性采集（DDA）模式下的PASEF技术提升低丰度修饰检出率。样本来自佛罗里达Tavernier珊瑚苗圃的基因型CRF AC112克隆群体，确保遗传背景一致性。

结果与讨论
PTMs动态变化特征
通过2D IMS-MS图谱（图1A-B）成功分离1+-3+电荷态肽段，鉴定出84种组蛋白修饰（表S1）。热应激组H4 4-17肽段呈现显著变化：2-3个乙酰化修饰（如K5acK8acK12ac）丰度上升4.5倍，而单乙酰化形式（K12ac/K16ac）下降60%（图2A）。H2A 4-16肽段的K5ac/K7ac/K9ac等单乙酰化形式在3+电荷态显著降低（图3A），提示N端乙酰化重编程可能与热应激响应相关。

修饰位点特异性
H4 K20me2在应激组减少（图1C），而H2B N端三甲基化（N-me3A）增加（图4A）。这些变化与已知的基因激活（H4ac↑）、异染色质稳定（H4K20me2↓）及转录调控（H2Bme3↑）的分子机制相符。多维统计分析（图2B-4B）显示不同修饰状态呈现显著聚类，证实了技术重现性。

结论与意义
该研究建立了首个适用于珊瑚组蛋白PTMs的高通量分析平台，发现热应激会诱导H4多乙酰化（2-3ac）与H2A去乙酰化的"分子跷跷板"效应。这些修饰变化可能通过改变染色质可及性调控胁迫响应基因表达，为理解珊瑚环境适应机制提供了表观遗传视角。方法学上，TIMS的引入使异构体分离效率提升2倍（RSD<2%），ddaPASEF技术将检测限推进至amol级（图S7），为其他非模式生物的组蛋白研究树立了新标准。未来可拓展至长期胁迫监测或保护策略评估，助力珊瑚礁生态系统保护。