蛋白-蛋白相互作用 (protein-protein interactions, PPIs) 是細胞生命活動的基礎(chǔ),，也是整個生物學(xué)領(lǐng)域研究的核心問題之一。傳統(tǒng)互作蛋白篩選技術(shù)如酵母雙雜交篩選需要文庫的構(gòu)建,，且酵母細胞作為單細胞真核生物與與高等真核多細胞生物如植物細胞存在差別,。類似的，親和純化串聯(lián)質(zhì)譜分析技術(shù) (AP-MS) 不能有效地捕獲瞬時的或較弱的蛋白相互作用,，也不適用于低豐度的蛋白或疏水性較強的膜蛋白,，且無法分辨蛋白相互作用發(fā)生的細胞內(nèi)定位信息，存在較多的限制,。然而,，許多重要的蛋白，如在植物免疫反應(yīng)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用NLR受體類蛋白往往具有上述特征,，利用傳統(tǒng)手段研究上述蛋白的相互作用效果往往不理想,。

近年來，以BioID, APEX和TurboID為代表的蛋白質(zhì)鄰近標記技術(shù)逐漸被應(yīng)用于蛋白質(zhì)相互作用研究【1-3】,。鄰近標記 (Proximity labeling, PL) 的原理是將一個具有鄰近標記功能的酶 (biotin ligase) 與目標蛋白融合,，通過酶催化的共價修飾將鄰近的蛋白標記上生物素，最后通過親和素磁珠富集生物素標記蛋白進行質(zhì)譜鑒定 (Fig. 1),。雖然動物系統(tǒng)中已有若干利用鄰近標記技術(shù)研究蛋白互作的報道,，但是鄰近標記技術(shù)是否適用于植物系統(tǒng)，這方面的研究極少。

Fig. 1 鄰近標記原理示意圖

2019年7月19日,，Nature Communications在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張永亮課題組,、加州大學(xué)戴維斯分校Savithramma P. Dinesh-Kumar課題組和愛荷華州立大學(xué)Justin W. Walley課題組合作題為“TurboID-based proximity labeling reveals that UBR7 is a regulator of N NLR immune receptor-mediated immunity”的研究論文。該研究首次在植物中建立了基于TubroID的鄰近標記體系,，并成功應(yīng)用于抗煙草花葉病毒(TMV)免疫受體蛋白N的互作蛋白研究,。

植物NLR (nucleotide-binding leucine-rich repeat, NLR) 免疫受體類蛋白在介導(dǎo)效應(yīng)因子激活的免疫反應(yīng) (effector-triggered immunity, ETI) 中發(fā)揮關(guān)鍵作用。盡管已有多種植物NLR受體被鑒定,，但人們對于對于植物如何調(diào)控NLR受體介導(dǎo)免疫反應(yīng)仍然知之甚少,。

基于此，張永亮課題組與加州大學(xué)戴維斯分校和愛荷華州立大學(xué)的研究人員合作,，對經(jīng)典的N蛋白介導(dǎo)的植物免疫開展了研究,。該研究首次比較了現(xiàn)有的不同鄰近標記連接酶BioID, BioID2和TurboID在植物中的表現(xiàn)，研究結(jié)果表明TurboID的標記效率和特異性明顯優(yōu)于BioID和BioID2,，在此基礎(chǔ)上,，該研究首次在本生煙 (Nicotiana benthamiana) 中建立了基于TurboID鄰近標記技術(shù)體系 (Fig. 2).

Fig. 2 本生煙 (N.benthamiana)中基于TurboID的鄰近標記技術(shù)流程示意圖.

利用上述建立的鄰近標記體系，進一步對N介導(dǎo)的抗TMV免疫反應(yīng)中可能與N發(fā)生互作的蛋白進行了分析,，鑒定到大量可能與N發(fā)生互作的蛋白,，這其中有一蛋白為UBR7，該蛋白在N-末端規(guī)則(N-end rule)蛋白酶解途徑中發(fā)揮作用,，其在酵母,、動物和植物中高度保守，但是功能研究極少,。進一步研究表明UBR7在N介導(dǎo)的抗性免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要功能,，是一新的植物免疫受體負調(diào)控因子。以上鄰近標記技術(shù)在植物體系中的應(yīng)用為鑒定植物中新的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用提供了新的技術(shù)手段,。同時該研究鑒定到的UBR7這一新的植物免疫負調(diào)控因子對于廣譜抗病作物的開發(fā)具有重要的潛在意義,。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張永亮副教授為該論文第一作者和共同通訊作者，加州大學(xué)戴維斯分校Savithramma P. Dinesh-Kumar教授和愛荷華州立大學(xué)Justin W. Walley博士為該論文的共同通訊作者,。

參考文獻：

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3. Branon,T.C., Bosch, J.A., Sanchez, A.D., Udeshi, N.D., Svinkina, T., Carr, S.A.,Feldman, J.L., Perrimon, N., and Ting, A.Y. Efficient proximity labeling inliving cells and organisms with TurboID. Nature Biotechnology, 2018, 36: 880–887.