大豆蛋白质组与m6A转录后调控全景图谱：作物改良的新资源

中国农业科学院团队通过4D-DIA-MS技术绘制了14种大豆器官的12,855个蛋白质定量图谱，首次揭示m6A修饰通过抑制翻译调控大豆蛋白质丰度的分子机制，发现新型m6A调控因子MTBa，为大豆功能基因组研究和分子设计育种提供多组学资源。

　　

大豆作为重要的油料和植物蛋白来源，其蛋白质组的系统性研究长期滞后于基因组和转录组进展。尽管前期研究在拟南芥、水稻等模式植物中建立了蛋白质组图谱，但大豆蛋白质组仍存在三大关键问题：器官覆盖度不足（此前仅少数组织被分析）、蛋白质-转录本相关性机制不明、表观遗传修饰m⁶A（N⁶-甲基腺苷）的调控功能未知。这些空白限制了大豆功能基因的挖掘和分子育种实践。

针对这些问题，中国农业科学院作物科学研究所联合河北农林科学院等机构的研究团队在《Cell Genomics》发表了突破性研究。通过创新性地整合4D数据非依赖采集质谱（4D-DIA-MS）和m⁶A-seq2技术，构建了迄今最全面的大豆多器官蛋白质组与表观转录组图谱，揭示了m⁶A介导的翻译抑制新机制，并鉴定出调控大豆发育的关键基因。

关键技术方法包括：1）采集14种大豆器官（涵盖营养期根/叶到生殖期种子/豆荚）的42个样本建立生物重复；2）采用4D-DIA-MS技术定量12,855个蛋白质，覆盖率达84.4%（≥2肽段支持）；3）通过m⁶A-seq2绘制304,638个甲基化位点图谱；4）利用CRISPR-Cas9编辑验证候选基因功能。

定量蛋白质组景观
研究首次发现大豆不同器官间蛋白质组相关性（r=0.62-0.89）显著高于转录组（r=0.32-0.62），暗示蛋白质稳定性可能更高。种子器官（成熟种子MSD）的蛋白质质量分布最特殊，前10%高丰度蛋白占总质量的76.4%，主要富集油脂体形成蛋白P24 oleosin B。

器官特异性蛋白
通过器官特异性（OS）评分鉴定出20-220个器官特异性蛋白，其中固氮根瘤富含豆血红蛋白（占蛋白总量的8.8%），而光合器官（三出复叶TLF）特异性表达光合系统II稳定蛋白PSTII D2。这些蛋白的亚细胞定位与功能高度一致，如叶绿体相关蛋白在绿色器官中占比达35%。

共表达模块
加权基因共表达网络（WGCNA）分析发现20个模块，其中ME4模块（1,732个蛋白）在TLF中特异性激活光合作用通路，而ME5模块在根瘤中富集氮循环代谢基因，揭示器官功能与分子网络的精准对应。

m⁶A调控机制
研究发现大豆m⁶A修饰具有独特基序UDUACA（D=A/G/U），其修饰强度与转录本水平呈正相关（与水稻相反）。关键的是，m⁶A通过抑制翻译导致蛋白/RNA比值（PTR）降低23%，这种效应与修饰位置无关。多因素模型显示m⁶A是蛋白质丰度的第三大决定因子（贡献度18.7%）。

基因挖掘验证
蛋白质-m⁶A关联分析锁定候选基因MTBa（Glyma.10G232300），其蛋白丰度与全局m⁶A水平高度相关（r=0.91）。通过构建三种CRISPR突变体（mtba-1/2/3）证实：MTBa缺失导致m⁶A水平下降40%，植株出现矮化表型（株高降低35%），但开花时间不受影响。

这项研究建立了大豆分子研究的三大里程碑：1）提供首个多器官蛋白质组参考图谱，填补了豆科植物系统生物学空白；2）阐明m⁶A通过翻译抑制调控蛋白质丰度的保守机制，修正了其在植物中的进化认知；3）开发的蛋白质-m⁶A关联分析框架可高效挖掘功能基因。这些成果不仅为大豆遗传改良提供新靶点（如MTBa），其4D-DIA-MS技术方案更为其他作物蛋白质组研究树立了新标准。未来