盐分和碱化胁迫严重影响植物生长和作物生产力，然而，许多真正的盐生植物可以进化以适应盐度和碱化环境。海马齿是一种真正的盐生植物，在适度盐度环境下发育最佳，其叶片中含有大量盐离子。然而，海马齿响应盐离子的特定蛋白质仍然是未知的。

本文分别对受 NaCl、 KCl、 NaNO3和 KNO3胁迫的海马齿叶片的生理学和蛋白质组学进行了比较研究。在上述4种盐处理下，海马齿叶片叶绿素含量均有所下降，淀粉和可溶性糖含量变化不同。质谱法共鉴定出53个差异蛋白（DAPs），来源于47个独特的基因编码，其中37个参与蛋白质-蛋白质相互作用。不同盐处理后，这些 DAPs 表达模式不同。功能注释显示，它们主要参与光合作用、碳水化合物和能量代谢、脂质代谢和次生代谢物的生物合成。基因和蛋白质在不同盐处理下的表达谱不同。酶活性分析表明，P-ATPase受KCl、NaCl和NaNO3诱导，V-ATPase受KCl和NaCl诱导，而V-PPase活性在施用KNO3后显著增加，但被NaCl显著抑制。该研究为理解海马齿叶片对不同盐胁迫的响应机制提供了新的思路。

文章标题：Proteomics analysis of the effects for different salt ions in leaves of true halophyte Sesuvium portulacastrum

发表杂志：Plant Physiology and Biochemistry

发表时间：2022.1.1

1. 不同盐处理海马齿叶片的叶绿素、可溶性糖和淀粉积累模式的比较

不同盐处理30天后，除KCl 处理外，大部分植株生长良好(图1a)。4种盐处理后，叶片中叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素 c 含量均有所下降(图1b)，淀粉含量显著增加。与 KCl 和 NaCl 相比，KNO3和 NaNO3处理的淀粉含量增加更为明显(图1c)。KNO3和 NaNO3处理的可溶性糖含量显著增加(图1d)。表明，海马齿对 NO3- 的敏感性高于Cl-。

图1 不同盐处理海马齿的形态和生理变化

2. 双向凝胶电泳中差异蛋白的检测和鉴定

采用双向凝胶电泳和质谱对4种盐胁迫的海马齿叶片的蛋白质组进行分析，共鉴定到53个盐响应蛋白，来源于47个基因编码(图2)。

图2 海马齿叶片响应不同盐处理的蛋白质和蛋白质异构体维恩图

3. 不同盐处理的差异蛋白质

受KCl、 NaCl、 KNO3和 NaNO3盐胁迫的海马齿叶片中，分别鉴定出13、25、26和25个差异蛋白（DAPs）。并检测到12个共有蛋白质，可能是不同盐离子处理的关键反应因子(图2b)。

4. 不同盐处理对蛋白质和基因表达水平的影响

系统聚类分析将53个盐响应蛋白聚成6个主要类群(图3a)，并通过RNA-seq确定相应的基因表达水平(图3b)。蛋白质和基因表达水平的比较表明，大部分被鉴定的蛋白质的表达模式与其基因水平相似，但有几种蛋白质表现出不同的变化趋势。

图3 不同盐处理后蛋白质和基因表达模式的变化

选择15个代表性蛋白进行定量 RT-PCR，并与 RNA-seq结果进行比较(图3c)，发现其中有10个在相同盐处理条件下表现出不同的表达模式，许多诱导基因：如液泡ATP 酶B亚基、胞质磷酸甘油酸激酶和腺苷高半胱氨酸酶，在不同的盐处理下显著减少。表明，许多基因和蛋白质在不同的处理条件下有不同的表达谱，这可能是由可变剪接和翻译后修饰等转录后事件引起的。

5. 差异蛋白的GO和 KEGG 功能分类

对53个 DAPs 进行GO和KEGG功能注释，结果显示它们主要参与光合作用、碳水化合物和能量代谢、脂质代谢和次生代谢物的生物合成(图4)。

图4 不同盐处理的DAPs GO分类

6. 差异蛋白的蛋白质互作网络分析

对53个 DAPs 进行蛋白质互作网络(PPI)分析，在已鉴定的47个独特蛋白中，有37个参与了蛋白质互作网络。这些相互作用的蛋白质分为5个亚簇，其中 SBPASE，BIP2，RABE1b，GAPA-2，HSC70-1分别被确定为这些网络中的关键节点(图5)。

图5 差异蛋白的蛋白质互作网络

此外，分别基于不同盐和不同离子条件下的响应蛋白，构建 PPI 网络。结果显示，不同盐处理的DAPs 之间的功能关系发生了显著变化。不同离子处理的 DAPs 也观察到类似的 PPI 网络，且不同离子处理的植株比不同盐处理的植株检测到更多的 PPI 网络(图5)。

7. 不同盐处理的酶活性变化及蛋白质调节机制概况

为了进一步比较不同盐处理后酶活性的变化模式，作者分别测定了 V-ATPase、 V-PPase 和 P-ATPase 的活性(图6)。酶活性分析表明，P-ATPase受KCl、NaCl和NaNO3诱导，V-ATPase受KCl和NaCl诱导，而V-PPase活性在施用KNO3后显著增加，但被NaCl显著抑制。

图6 不同盐处理的P-ATPase、V-ATPase和V-PPase活性的比较

基于上述蛋白质组学结果和三种酶活性比较的基础上，作者绘制了海马齿叶片对不同盐处理的响应蛋白质和主要生物途径的示意图(图7)。

图7 海马齿叶片响应不同盐处理的蛋白质和主要生物途径示意图

该研究分别对NaCl、KCl、NaNO3、KNO3和对照处理下的海马齿叶片进行了比较生理学和蛋白质组学研究。该研究为理解海马齿叶片对不同盐处理的响应机制提供了新的思路。

参考文献

Guohua Ding, et al., Proteomics analysis of the effects for different salt ions in leaves of true halophyte Sesuvium portulacastrum. Plant Physiology and Biochemistry. 2022.