蛋白质广泛参与光合作用、信号传导、代谢调控以及胁迫应答等植物几乎所有生命过程。研究蛋白质的分布、功能、修饰、相互作用等，对于阐释这些复杂的生物学途径至关重要。然而，由于蛋白质的丰度、修饰和定位的高度动态变化，实现蛋白质组的高精度和定量分析面临挑战。近年来，基于质谱的蛋白质组学技术的迅速发展为这一难题提供了有效的工具。通过系统解析蛋白质的表达模式、修饰状态、相互作用网络及其动态变化，蛋白质组学为揭示植物生命活动的分子机制奠定了重要基础，推动了植物生物学的发展。
近日，南方科技大学前沿生物技术研究院王鹏程教授团队在JIPB在线发表了题为“Navigating the Landscape of Plant Proteomics”的综述文章 (https://doi.org/10.1111/jipb.13841)。该文章总结了近年来蛋白质组学研究的最新进展，并介绍其在植物生物学研究中的应用。
作者详细介绍了植物蛋白质组学中的重要技术进展，包括数据依赖型扫描模式 (DDA) 和数据非依赖型扫描模式 (DIA) 的区别、多种定量蛋白质组学技术的适用范围及优缺点，并系统的阐述了植物中蛋白质翻译后修饰组学 (包括磷酸化、泛素化、SUMO化、乙酰化、甲基化、糖基化等) 常用的鉴定方法，及利用蛋白质组学方法鉴定介导翻译后修饰相关酶的特异底物的方法。文章对植物蛋白质组学领域的热点进行介绍，例如单细胞蛋白质组学、空间蛋白质组学、细胞器蛋白质组学、肽组学、蛋白互作组学、全蛋白质组图谱研究、蛋白质的动态调节等前沿领域 (图1)。针对每个方向，作者介绍了相关技术进展、重要突破，以及如何利用这些技术解决生物学问题的典型应用，同时还对存在的技术问题及可能改进的方向提出建议，并介绍一些尚未在植物学领域应用的动物医学蛋白质组的新方法。
文章还总结了蛋白质组学实验设计的基本原则，对常用的蛋白质组学方法进行了分类，旨在帮助非蛋白质组学领域研究人员选择适合的蛋白质组学方法，解决其关心的科学问题 (图2)。
图2. 植物蛋白质组学研究方案设计及选择
最后，综述展望了植物蛋白质组学领域的发展，认为质谱在植物蛋白质组学中的应用越来越广泛，逐渐成为常规技术，极大地推动了植物生物学研究。但植物蛋白质组学在技术创新方面与哺乳动物研究技术相比相对滞后，需要尽快引入动物研究中开发的前沿技术，进行调整和优化，推动这些前沿技术在植物蛋白质组学领域的应用。同时应有更多的研究人员以植物为对象，建立原创性新技术，引领相关领域的发展。作者还认为，与动物性项目相比，植物具有更丰富和独特的次生代谢产物，可能拥有更为复杂或特有的翻译后修饰。通过组学的方法识别和解析这些特殊的翻译后修饰方式，有望为植物生物学带来突破性的见解。
南方科技大学前沿生物技术研究院的王鹏程教授为本文通讯作者，研究助理教授桑田为本文第一作者，博士研究生张臻和博士后刘骨挺也参与了该论文的撰写。该研究得到了国家重点研发计划(2021YFA1300402) 以及国家自然科学基金(32471500) 等的资助。
近年来，王鹏程教授团队在植物蛋白质组学技术的开发领域取得了一系列进展，建立了高精度植物磷酸化蛋白质组学技术 (Mol Cell, 2018; Nat Commun, 2020; Mol Cell Proteomics, 2024)，酪氨酸磷酸化组 (Stress Biol, 2022)，蛋白激酶底物的高通量鉴定 (PNAS, 2020)，临近标记技术 (JIPB, 2022)，单细胞 (类群) 蛋白质组学方法 (JIPB, 2023)、S-nitrosylation定量蛋白质组学技术 (Nat Commun, 2023), SUMO化修饰鉴定技术 (Nat Plants, 2024) 等。同时聚焦植物感受和应答渗透胁迫的分子机制，解析了RAF-SnRK2激酶级联途径在渗透胁迫和ABA信号途径中的核心作用 (Nat Commun, 2020, 2021; Tends Plant Sci, 2024)。
Sang, T., Zhang, Z., Liu, G., and Wang, P. (2025). Navigating the landscape of plant proteomics. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13841
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