芸苔属植物角质层蛋白质组分析：开启作物改良靶点与生物塑料的宝库

来自Springer Nature的最新研究为解决作物角质层蛋白质组学认知空白，对四种经济作物(B. juncea、B. nigra、B. rapa、R. sativus)开展定量鸟枪法蛋白质组学分析。鉴定出323个分泌蛋白(含181个经典分泌蛋白和140个非经典分泌蛋白)，发现其功能主要涉及脂质代谢(GDSL酯酶脂肪酶)、催化活性(葡聚糖酶、黑芥子酶)和氧化还原反应(过氧化物酶)。研究首次体外合成参与角质层组装的酯化纳米结构cutinsomes，为利用芸苔属农业废弃物开发生物塑料提供新思路。数据已上传ProteomeXchange(PXD056855)。

　　

这项开创性研究揭示了芸苔属植物角质层这个"环境传感器"的蛋白质组奥秘。科研团队采用定量鸟枪法蛋白质组学(shotgun proteomics)技术，对芥菜(B. juncea)、黑芥(B. nigra)、白菜(B. rapa)和萝卜(R. sativus)四种重要经济作物的细胞外角质层进行深度解析。

生物信息学预测工具SignalP和SecretomeP联手鉴定出323个分泌蛋白，其中181个通过经典分泌途径，140个通过非经典途径。QuickGO功能注释显示这些蛋白构成精妙的分子机器：14%参与蛋白质代谢，14%调控脂质代谢，19%具有催化活性，18%负责防御反应。研究人员通过活性检测和蛋白质印迹(western blotting)验证了关键蛋白的功能，包括脂代谢明星分子GDSL酯酶脂肪酶(GDSL esterase lipase)和ESM1，催化活性担当葡聚糖酶(glucanase)和黑芥子酶(myrosinase)，以及氧化还原战队成员过氧化物酶(peroxidase)和抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase)。

令人惊喜的是，那些"不走寻常路"的非经典分泌蛋白同样身手不凡：苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase)、过氧化氢酶(catalase)和果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase)都展现出显著活性。这些发现暗示角质层酶系统可能构成植物防御的第一道分子防线。

研究最引人注目的突破是成功在体外合成cutinsomes——这种通过非酶促机制参与角质层组装的酯化纳米结构，并采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)进行表征。这项技术为利用芸苔属农业废弃物开发生物塑料(bioplastics)提供了全新策略，有望缓解塑料污染危机。所有原始数据已通过ProteomeXchange平台共享(编号PXD056855)。