硅藻是一類(lèi)重要的單細(xì)胞光合真核生物, 分布廣泛, 提供了地球上約20%的初級(jí)生產(chǎn)力，對(duì)整個(gè)地球生物圈意義重大。三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)是海洋硅藻的模式生物，其基因組序列于2008年公布，但目前基因組的注釋仍很不完善。蛋白基因組學(xué)(Proteogenomics)是利用蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，尤其是高精度的串聯(lián)質(zhì)譜數(shù)據(jù), 結(jié)合基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對(duì)基因組進(jìn)行深度注釋。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所葛峰研究員學(xué)科組前期采用蛋白基因組學(xué)的研究策略和方法，完成了模式藍(lán)細(xì)菌的基因組深度解析 (PNAS，2014，111（52）：E5633-E5642)并開(kāi)發(fā)了針對(duì)原核生物的蛋白基因組學(xué)專(zhuān)業(yè)分析軟件GAPP（Molecular & Cellular Proteomics. 2016;15(11):3529-3539）。在這些工作的基礎(chǔ)上，葛峰學(xué)科組對(duì)三角褐指藻的基因組進(jìn)行了深度解析并構(gòu)建了蛋白質(zhì)組精細(xì)圖譜。
該學(xué)科組通過(guò)整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、ESTs序列等多組學(xué)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了縮減，得到去冗余的三角褐指藻蛋白基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)整合基于蛋白和肽段的樣品預(yù)分離、雙酶切和高分辨質(zhì)譜分析技術(shù)，獲得高質(zhì)量的質(zhì)譜數(shù)據(jù)；質(zhì)譜數(shù)據(jù)的鑒定整合了多種搜索引擎的結(jié)果，提高了蛋白鑒定的深度與覆蓋度；并采用更為嚴(yán)格的肽段假陽(yáng)性控制策略，從而提高鑒定結(jié)果的可信度；通過(guò)開(kāi)發(fā)新的算法，實(shí)現(xiàn)了真核生物中新的可變剪切體的發(fā)現(xiàn)與點(diǎn)突變基因的鑒定。本研究精準(zhǔn)鑒定到6628個(gè)已注釋的編碼基因；對(duì)未鑒定到的已注釋基因的深入分析發(fā)現(xiàn)，有1895個(gè)基因可能并不編碼蛋白；發(fā)現(xiàn)了606個(gè)新的蛋白編碼基因并校正了506個(gè)已注釋的編碼基因，其中有56個(gè)新發(fā)現(xiàn)的蛋白編碼基因，在之前的研究中被錯(cuò)誤預(yù)測(cè)為長(zhǎng)鏈非編碼RNA（LncRNA）；鑒定到 268個(gè)可能具有重要功能的微小短肽（micropeptides），21個(gè)新的可變剪切體，并修正了73個(gè)已注釋基因的可變剪切位點(diǎn)以及58個(gè)發(fā)生氨基酸突變的基因；通過(guò)將開(kāi)放式與限定式檢索相結(jié)合的策略，對(duì)三角褐指藻中的翻譯后修飾進(jìn)行系統(tǒng)鑒定，發(fā)現(xiàn)了20多種不同種類(lèi)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，這些修飾可能參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)眾多的生物學(xué)過(guò)程并在細(xì)胞的逆境適應(yīng)中起著重要作用。通過(guò)以上工作的完成，實(shí)現(xiàn)了三角褐指藻基因組的深度注釋?zhuān)?gòu)建了蛋白質(zhì)組精細(xì)圖譜。
在以上工作的基礎(chǔ)上，該研究還建立了完整的構(gòu)建真核模式生物的蛋白質(zhì)組精細(xì)圖譜的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析流程,可適用于各種已經(jīng)測(cè)序的真核生物,成為解讀真核生物基因組及其功能分析的重要工具。研究成果“Genome annotation of a model diatom Phaeodactylum tricornutum using an integrated proteogenomic pipeline”在線發(fā)表于Molecular Plant。第一作者是楊明坤高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，通訊作者是葛峰研究員，該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFA0501304)的資助。
轉(zhuǎn)載自iNature 公眾號(hào)，文章內(nèi)容來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院水生生物所官網(wǎng)