果蝇作为发育生物学研究的遗传模型，在胚胎发育研究中，转录层面已有较多的研究，但在蛋白层面，只局限于特定某个发育时期的报道，然而胚胎发育周期的蛋白层面研究仍相对匮乏。今天的多组学专栏要分享的文章结合了转录组和蛋白组分析，研究果蝇的胚胎发育机制。

 

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文献小笔记

GENOME RESEARCH IF=10.1

 

研究材料

果蝇胚胎发育周期（胚胎、幼虫、蛹、成虫）15个节点的组织样

技术方法

蛋白组学；转录组学

 

技术路线

 

 

 

 

主要研究内容

1. 蛋白组学分析

本文利用label free蛋白组的方法，对以上15个节点（每个节点4个生物学重复）的果蝇样本进行5h的深度质谱检测，共检测到8549 个蛋白。其中在≥2/4重复中表达的共7952个蛋白（左下），对这些蛋白进行PCA分析，可以看到很清晰的蛋白聚类（右下）。其中15个时间点都有表达的有4627个蛋白，命名为核心蛋白组（Core proteome）。

 

2. 核心蛋白及蛋白表达的动态变化

通过对核心蛋白组（左下韦恩图交集）的分析，发现其中有≈1400个蛋白在果蝇的生命周期表达量相对稳定（例如肌动蛋白、微管蛋白、热激蛋白等）（右下），≈2000个蛋白的表达量发生了显著改变，暗示其与发育的时空特异性有关。 

 

3. 发育进程相关蛋白的分析

为了研究跟果蝇生长发育相关的蛋白，作者进行了ANOVA分析，发现跟发育进程相关的差异蛋白共1535个（左下）。经GO分析，发现与与有丝分裂调控、细胞周期、发育所需的激酶系统相关的蛋白得到显著富集，基于以上数据，作者区分了胚胎发育的早期阶段（0-6h）和晚期阶段（12-20h）：早期主要有细胞骨架重塑蛋白、微管结合蛋白、翻译相关蛋白等的高表达，而后期主要是组织变态发育相关蛋白的高表达（右下）。

 

4. 发育进程相关蛋白的分析

为了研究发育相关基因表达的时空特异性，作者将果蝇发育蛋白组的数据与RNA表达数据进行联合分析，结果发现，随着发育进程的进行，蛋白组学表现出更高的复杂性（左下），且蛋白组学与转录组学的表达量的相关性≤0.5；进一步发现，两者的相关性是非同步的，蛋白组延迟约4-5h。

 

5. 特殊蛋白的分析

前面提到，文章进行5h的深度质谱测序，因此容易鉴定到很多低丰度、特殊的蛋白。结合蛋白鉴定的二级质谱图，文章发现了很多长度小于100个氨基酸的蛋白、非编码区及假基因编码的蛋白，这无疑很大程度丰富了果蝇现有的数据库。

 

 

总结与扩展

 

a) 蛋白组学特色：蛋白组5h的深度分析，很大程度丰富了果蝇现有的数据库。

b) 多组学特色：转录组联合蛋白组分析发现，两个组学的表达水平呈弱相关性，且蛋白组学的复杂性很高，提示了蛋白组研究的重要意义。

 

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