文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用
发布时间 2022-04-03
水产动物养殖业是利用适宜水域养殖水产经济动物的生产事业。按养殖对象分为鱼类、虾类、蟹类、贝类和参类。生物(病原体及其他生物)及非生物(机械、环境、营养、药源)胁迫会对水产生物产生明显的生理影响,不同生理阶段的蛋白质表达谱也会发生变化。


蛋白质组学研究可以找到与特定生理反应相关的蛋白质,从分子水平上解析生物体响应外界环境刺激的反应途径和调控机制,解析更多的生命现象本质。小编挑选了近两年来蛋白质组学在水产动物养殖及贮藏过程质量变化方向的部分文献,供各位老师参考。
案例一


文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图1)

标题: 铜绿微囊藻水华致斑马鱼脑损伤的蛋白质组学分析

发表期刊:Science of the Total Environment(IF=7.963/Q1

组学技术:Label free定量蛋白质组学

分组:铜绿微囊藻处理组(n=3)/对照组(n=3)

研究小结:蓝藻水华是一个全球性的生态问题。铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)分泌的有毒物质(microcystins, MCs)具有强烈的肝毒性,通过受污染的水产品和饮用水危害暴露人群的健康。本试验研究了铜绿微囊藻对斑马鱼的急性神经毒性,并阐明主要作用机制。定量蛋白质组学分析显示,铜绿微囊藻暴露后,斑马鱼脑内82个蛋白上调,26个蛋白下调。这些差异表达蛋白与突触囊泡循环和萜类骨架生物合成途径有关,如ACAT、STX1A和V-ATPase。结果表明,铜绿微囊藻的神经毒性严重破坏了斑马鱼神经系统中的神经递质传导和脑信息的存储与传递,使其更容易发生神经系统疾病。

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图2)

图1. 实验流程图
案例二

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图3)

标题:中华绒螯蟹受梅奇酵母(Metschnikowia bicuspidata)侵染后血淋巴的蛋白质组学分析

发表期刊:Frontiers in Immunology(IF=7.561/Q2

组学技术:Label free定量蛋白质组学+PRM靶向蛋白质组学

组:感染组(n=3)/对照组(n=3)

研究小结:中华绒螯蟹乳化病是由Metschnikowia bicuspidata (简称M菌)感染引起的一种高致死率的真菌性疾病。本研究比较分析了感染M菌与对照组中华绒螯蟹血淋巴的蛋白质表达。差异表达蛋白中38个上调, 24个下调。上调的蛋白主要包括细胞骨架相关蛋白、丝氨酸蛋白酶、丝氨酸蛋白酶抑制剂、过氧化氢酶、转铁蛋白,热休克蛋白70,上调蛋白表明酚氧化酶系统、吞噬和活性氧系统被激活。下调的蛋白主要是器官和组织再生蛋白,以及血凝相关蛋白,下调蛋白表明M菌抑制血细胞再生和血淋巴凝集。通过PRM靶向蛋白质组学方法验证了15个与免疫相关的差异表达蛋白。研究为了解甲壳类动物对真菌感染的免疫反应提供了重要基础。

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图4)

图2. 通过平行反应监测(PRM)靶向验证蛋白的相对表达水平
案例三

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图5)

标题:定量蛋白质组学研究冷胁迫下克氏原螯虾肌原纤维蛋白凝胶性质的变化

发表期刊:Food Chemistry(IF=7.514/Q1

组学技术:iTRAQ标记定量蛋白质组学

分组:4℃低温处理0、12、24、36和48 h(n=2)

研究小结:以克氏原螯虾(Procambarus clarkii)肌原纤维蛋白(MP)凝胶为材料,研究了冷应激对其组成、结构和物理性质的影响。低温胁迫后MP的二级和三级结构均有不同程度的展开。定量蛋白质组学表明,与对照组相比,在24 h内检测到20个上调的差异蛋白(DAPs),具体包括肌球蛋白轻链1和骨骼肌肌动蛋白6,这两种蛋白可能在冷胁迫下虾肉硬化过程中发挥关键作用。研究结果可为冷链运输过程中小龙虾肌肉品质的变化提供理论参考。

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图6)

图3. (A)蛋白质鉴定的基本信息;(B)克氏原螯虾肌肉蛋白分子量分布;(C)肽段长度分布;(D)鉴定蛋白多肽覆盖范围
案例四

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图7)

标题:Label free蛋白质组学分析揭示羟自由基诱导白对虾肌肉蛋白质氧化的机制

发表期刊:Food & Function(IF=5.396/Q2

组学技术:Label free蛋白质组学

分组:氧化处理组(n=3)/对照组(n=3)

研究小结:本试验研究了FeCl3/抗坏血酸/H2O2体系产生的羟自由基对白对虾肌肉蛋白稳定性的影响。与对照组相比,羟自由基使对虾肌肉的颜色(a*值)、弹性和pH值均有负面影响。自由基的攻击导致结缔组织削弱,肌肉蛋白质的稳定性降低。蛋白质组学分析发现,与对照相比,在氧化处理的虾中发现了几种差异显著的蛋白质(如核糖体蛋白亚基、细胞骨架蛋白和离子结合蛋白)。GO和KOG分析进一步证实,活性羟自由基攻击脆弱的氨基酸、修饰肽链、蛋白质结构或构象,这是氧化处理虾肌肉结构和蛋白质稳定性显著下降的原因。

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图8)

图4. 差异表达蛋白的GO注释分析
案例五

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图9)

标题:海洋酸化对南非鲍鱼血细胞蛋白质组的影响

发表期刊:Fish and Shellfish Immunology(IF=4.581/Q1

组学技术:iTRAQ标记定量蛋白质组学

分组:暴露于pH 7.5海水0、12、72和168 h(n=2)

研究小结:由于气候变暖,海洋酸化(OA)正变得普遍。本研究利用蛋白质组学阐明南非鲍鱼(Haliotis midae)对海洋酸化的分子应激反应。COG分析表明,细胞骨架、翻译、核糖体结构和生物发生、翻译后修饰、蛋白质更新、伴侣、细胞内运输、分泌和囊泡运输是最丰富的功能类别。差异蛋白中33个上调,23个下调。其中,中枢代谢(ENO1、PGK、DUOX1、GPD2)、应激/免疫反应(CAMKI、HSPA5/GRP78、MAPKI)、细胞骨架、蛋白质分选和信号转导(IQGAP1、MYO9B、TLN1、RDX、tcp1 /CCT、SNX6、CHMP1a、VPS13a)相关蛋白表达上调。使用STRING、Cytoscape和IPA分析预测蛋白质-蛋白质的相互作用,数据表明,在OA条件下,南非鲍鱼经历了代谢转变,以利用更高效的ATP生成机制,并试图通过上调氧化应激和细胞骨架蛋白来恢复血细胞稳定和稳态。研究突出了组学技术评估环境条件变化对海洋生物影响的价值。

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图10)

图5. 蛋白质-蛋白质相互作用网络及由GO分析注释为细胞组分的蛋白(通过Cytoscape和Biorender可视化)

案例六

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图11)

标题:白对虾感染微孢子虫后肝胰腺的蛋白质组学和代谢组学响应

发表期刊:Fish and Shellfish Immunology(IF=4.581/Q1

组学技术:TMT标记定量蛋白质组学,代谢组学、qRT-PCR技术

分组:感染组(n=5)/对照组(n=5)

研究小结:虾肝肠胞虫(EHP)可引起对虾肝胰腺微孢子虫病(HPM)。HPM可造成对虾生长迟缓。本试验采用蛋白质组学和代谢组学方法,研究了EHP对白对虾肝胰腺的影响。差异蛋白中,P44L, α-2巨球蛋白,铁蛋白,Rab11A和组织蛋白酶C与病原菌感染和宿主免疫相关。其他蛋白如FaMeT、JHEP和蜕皮甾体调节蛋白导致生长激素紊乱,阻止虾的蜕皮。蛋白质组和代谢组的KEGG分析表明,EHP感染后肝胰腺能量代谢途径下调。研究结果为EHP感染后白对虾生长发育不良的潜在机制提供必要的信息。

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图12)

图6. 差异蛋白和代谢物的KEGG通路富集分析,(A)蛋白质组学;(B)代谢组学

案例七

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图13)

标题:蛋白质组学和转录组学阐明同种异体移植物诱导珍珠贝(Pinctada fucata martensii)的胁迫反应

发表期刊:Fish and Shellfish Immunology(IF=4.581/Q1

组学技术:TMT标记定量蛋白质组学、转录组学、PRM靶向验证、RT-qPCR

分组:核移植组(n=3)/对照组(n=3)

研究小结:将球形核植入受核牡蛎体内是人工珍珠生产的关键步骤。本研究结合转录组学和蛋白质组学,分析了核植入12h后珍珠贝基因/蛋白表达模式的变化。转录组和蛋白质组分别鉴定出688个差异表达基因(DEGs) 108个差异表达蛋白(DEPs)。转录组学分析显示,神经活性配体-受体相互作用、NF-kappa B信号通路、MAPK信号通路、PI3K-Akt信号通路、Toll样受体信号通路和Notch信号通路在DEGs中显著富集。蛋白质组学分析表明,DEPs中显著富集了ECM-受体相互作用、HPV感染和PI3K-Akt信号通路。上述结果表明,这些功能在核着床应激反应中发挥重要作用。为了评估mRNA和蛋白质之间定量信息的潜在相关性,使用Ward层次聚类分析将实验样本和对照样本中的蛋白质/基因表达模式聚类为6组。基因集富集分析(GSEA)用于揭示与核植入反应相关的潜在蛋白或转录通路。因此,对珍珠贝的研究对于进一步了解珍珠合成的分子机制和双壳贝类生物具有重要意义。

文献分享 | 蛋白质组学在水产动物养殖方向的研究应用(图14)


图7. 蛋白质组学和转录组学表达模式的相关性

蛋白质组学在水产动物机体蛋白组成、生理响应分子机制、加工及贮藏过程质量变化等研究领域发挥了不可替代的作用。随着多组学研究平台的不断发展,蛋白质组学与代谢组学、转录组学、基因组学等不同平台相联合,有利于全面探究生物体基因的表达模式和调控机理,从整体上解释生物学问题。

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