邻近标记技术在植物系统中的应用

为解决蛋白质相互作用(PPIs)在复杂细胞环境中捕获的难题，研究人员系统综述了邻近标记(PL)技术在植物系统中的应用进展。文章详细比较了BioID、TurboID、APEX和PUP-IT等PL技术的原理、优势及局限性，提出了优化实验设计的策略，为解析植物信号转导、代谢调控等关键生物学过程提供了强有力的工具。

　　

在生命活动的精密交响乐中，蛋白质相互作用(PPIs)犹如乐手间的默契配合，驱动着细胞功能的每一个关键节拍。然而，传统研究手段如同雾里看花，难以捕捉这些瞬息万变的分子之舞——酵母双杂交(Y2H)受限于非生理环境，免疫共沉淀(Co-IP)难以捕获弱相互作用，而质谱技术又面临动态互作的挑战。特别是在具有细胞壁、质体等特殊结构的植物细胞中，这些限制更为突出。

为突破这些技术瓶颈，邻近标记(Proximity Labeling, PL)技术应运而生。这项革新性方法通过在目标蛋白上融合工程化酶，对邻近分子进行共价标记，犹如给相互作用蛋白打上"分子邮票"，再通过质谱鉴定实现原位互作网络的绘制。研究人员在《Journal of Biological Chemistry》发表的综述系统梳理了PL技术的发展脉络，为植物PPIs研究提供了全景式技术指南。

研究团队聚焦三大核心技术：基于生物素连接酶的BioID/TurboID、基于过氧化物酶的APEX2，以及新兴的基于细菌泛素样蛋白的PUP-IT系统。通过比较不同酶的分子量、标记半径和作用机制，揭示了各技术在时空分辨率上的独特优势。特别关注了植物研究中特有的挑战，如内源性生物素干扰、细胞壁渗透限制等问题。

在"亚细胞定位"章节，研究证实PL酶可通过定位信号精确靶向细胞器，如将TurboID与核定位信号融合，成功绘制了拟南芥转录因子FAMA的互作网络。数据表明，线粒体靶向的TurboID在4小时内即可标记90%的已知互作蛋白，而内质网定位版本则需要优化底物渗透策略。

"多组分诱饵与分裂PL酶"部分创新性提出，通过将PL酶片段分别融合于复合物不同亚基，仅当亚基组装时才恢复标记活性。这种策略将TOR激酶复合物的假阳性率降低67%，同时捕获到传统方法遗漏的瞬时互作伙伴。

针对"化学诱导邻近"这一前沿方向，研究详细比较了FKBP/FRB雷帕霉素诱导系统与新型CATCHFIRE技术的优劣。实验数据显示，在拟南芥原生质体中，雷帕霉素可在30分钟内诱导分裂TurboID重组，而基于荧光激活的CATCHFIRE系统则实现了可逆互作的可视化追踪。

在技术应用层面，研究特别强调了"数据解析"的重要性。通过引入混合插补算法处理质谱缺失值，使低丰度互作蛋白的检出率提升2.3倍。而将生物素化(+226.078 Da)设为可变修饰参数，则能准确定位相互作用界面，为后续机制研究提供结构线索。

这项系统研究不仅建立了植物PPIs研究的标准化流程，更开创性地将化学诱导与光学控制策略融入PL技术。所提出的"时空精确标记"概念，为解析植物发育与环境应答中的动态蛋白质网络提供了全新视角。尤为重要的是，针对植物特殊生理结构优化的PUP-IT技术方案，解决了传统方法背景噪音高的痛点，其完全遗传编码的特性更为田间应用奠定了基础。这些突破不仅推动了基础研究的发展，也为作物改良和植物合成生物学提供了关键工具。