湖南大学岳磊教授团队【JHM文章推荐】：基于质谱技术的重金属暴露对拟南芥代谢、蛋白质及RNA修饰的整合分析。
近日，湖南大学岳磊教授课题组在中科院和JCR双一区期刊Journal of Hazardous materials发表了题为Comprehensive analysis of metabolic response inArabidopsis thalianaunder heavy metal stress by mass spectrometry的论文，https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.140616.
重金属污染是我国目前急需应对的主要环境问题之一。重金属不仅破坏植物的正常生长周期，导致光合作用受阻、营养失衡和生长停滞，还会造成作物减产，严重时甚至引发植物死亡。植物应对重金属胁迫是一个高度复杂的生物学过程，涉及大量基因的表达调控，是DNA、RNA、蛋白质以及代谢物等多层面共同作用的综合结果。而仅依赖单一层面的研究往往难以揭示其完整的响应机制。因此，整合蛋白质组、代谢组乃至转录组等多层次组学数据，相互验证与补充，对于系统阐明植物应对重金属胁迫的调控网络和适应机制具有重要意义。
因此，本研究利用最先进的质谱平台（Thermo Fisher Orbitrap Astral、Waters Synapt XS 和ABSCIEX 4000 QTRAP），从蛋白质组学、代谢组学和表观转录组学，对拟南芥在重金属胁迫下的响应进行了系统解析。
首先，研究团队采用非靶向代谢组学全面分析了五种重金属胁迫条件下拟南芥的代谢变化，以鉴定与重金属胁迫相关的关键代谢物。对差异代谢物进行的代谢通路富集分析显示，所有重金属处理均显著富集于亚麻酸代谢途径，表明脂质代谢可能是植物应对重金属胁迫的共同调控节点。
Fig.1不同重金属胁迫下差异代谢物与通路分析
随后，为揭示拟南芥的蛋白质组响应，进行了DIA蛋白质组学分析，共鉴定到9,974个蛋白质。其中，在Cd、Zn、Ni、Co和Cu胁迫下分别有299、1,208、147、160和1,713个差异表达蛋白。GO与KEGG富集结果表明，这些差异蛋白主要涉及光合作用、氧化应激及氧化还原相关酶等功能类别。为进一步支撑代谢组与蛋白质组的发现，本研究还对关键抗氧化酶活性进行了定量测定，结果显示重金属显著影响植物的抗氧化防御体系。
Fig.2不同重金属胁迫下差异表达蛋白的GO生物过程富集分析
氧化损伤影响RNA修饰的变化，因此通过高灵敏度HILIC-MS/MS进一步揭示，多个甲基化与乙酰化核苷在重金属胁迫下发生显著变化，表明植物RNA修饰在环境胁迫应答中可能发挥重要作用，为植物RNA修饰在参与环境胁迫应答方面的研究提供了新的方向。
Fig.3不同重金属胁迫下RNA修饰变化
本研究从代谢组、蛋白质组及表观转录组三个层面系统呈现了植物在重金属胁迫下的多维度信息，为深入理解植物的重金属适应机制提供了重要参考。
2021级博士周仲燕，已毕业博士研究生李东昊（2024年8月入职湖南省作物研究所）和博士后王娜（2021年3月入站，2023年2月出站后入职湖南科技大学，担任校聘副教授）为本论文的共同第一作者，岳磊教授、何崇圣教授和浙江大学副研究员郭成为本论文的共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（项目号22174037、22176167），国家重点研发计划项目（项目号2023YFF0613400、2024YFF0725802）和国家工业和信息化部项目（项目号2023ZY01032）的资助。
