引言
做植物研究的小伙伴，是不是常陷入这样的困境？想找蛋白之间的弱互动，亲和纯化一洗就丢；想抓代谢物和蛋白的“悄悄话”（PMI），假阳性又高得离谱；好不容易拿到数据，却分不清是“真互动”还是“凑热闹”……
别慌！邻近标记（PL-MS）和有限酶解质谱（LiP-MS），这俩“神器”刚好互补，一个擅长解锁蛋白的“社交圈”，一个专听代谢物与蛋白的“私密对话”。今天丸子就带大家就拆透它们的植物应用，最后再聊聊“双剑合璧”的未来！
PL-MS：绘制蛋白质的“社交网络”
邻近标记质谱（Proximity Labeling Mass Spectrometry, PL-MS）是一种在活体细胞内标记蛋白质相互作用的高效技术。它通过基因编码的酶（如TurboID或miniTurbo）在目标蛋白质附近添加生物素标签，随后通过质谱鉴定这些被标记的蛋白质，从而揭示蛋白质的相互作用网络。
技术原理
PL-MS的核心是工程化的生物素连接酶，如TurboID和miniTurbo。这些酶能够催化生物素与邻近蛋白质的赖氨酸残基共价结合。一旦标记，这些蛋白质可以通过链霉亲和素富集并进行质谱分析。
优势
▶高灵敏度与特异性：TurboID的催化效率比传统的BirA*高出数倍，甚至能在短时间内（如10分钟）完成标记。
▶适用性广：适用于多种植物组织和细胞类型，包括难以分离的稀有细胞类型。
▶捕获弱和瞬时的相互作用：无需交联即可稳定蛋白质相互作用。
应用案例
在拟南芥的气孔发育研究中，研究人员利用FAMA-TurboID融合蛋白成功鉴定出多个与FAMA转录因子相互作用的蛋白质，包括已知的互作伙伴ICE1以及新的调控因子如SEUSS（SEU）和LEUNIG（LUH）。这些发现揭示了FAMA在气孔发育中复杂的调控网络。
LiP-MS：聆听代谢物的“悄悄话”
限制性蛋白酶解质谱（Limited Proteolysis Mass Spectrometry, LiP-MS）是一种研究蛋白质-代谢物相互作用的技术。它通过有限的蛋白酶解处理样品，比较未处理和处理后的蛋白质酶解图谱变化，从而推断代谢物与蛋白质的结合位点和亲和力。
技术原理
LiP-MS基于代谢物结合对蛋白质蛋白酶解敏感性的影响。当代谢物与蛋白质结合时，会改变蛋白质的构象，从而影响蛋白酶对特定位点的切割效率。通过质谱分析这些切割模式的变化，可以揭示代谢物与蛋白质的相互作用。
优势
无需遗传修饰：LiP-MS是一种非标记技术，适用于任何生物样品。
高通量：可以同时检测多个蛋白质-代谢物相互作用。
提供结合位点信息：通过分析蛋白酶解片段的变化，可以推断代谢物的结合位点。
潜在应用案例设计
LiP-MS（有限酶解质谱）作为一种专注于蛋白质-代谢物互作分析的新兴技术，有望填补当前组学数据的空白，提供更直接的结合位点和构象变化信息。以下内容基于Raza A等人2024年发布最新研究综述，对LiP-MS在植物金属胁迫研究中的潜在应用案例进行展望：
1. 重金属胁迫下的蛋白质-代谢物互作研究
烟草（Nicotiana tabacum）铜胁迫研究：通过iTRAQ蛋白质组学技术，发现铜胁迫下烟草叶片中过氧化物酶7（POD7） 显著上调，参与抗氧化防御和铜离子螯合（Gao et al., 2022）。
【LiP-MS可进一步解析POD7与酚类代谢物（如木质素前体）的互作，揭示铜耐受机制。】
2. 镉超富集植物的机制解析
龙葵（Solanum nigrum）镉富集研究：比较蛋白质组学显示，镉超富集植物龙葵通过ABC转运蛋白和谷胱甘肽代谢通路调控镉的转运与解毒（Jia et al., 2022）。
【LiP-MS可捕获镉离子与植物螯合肽（PCs）或有机酸（如苹果酸、柠檬酸）的结合位点，验证其“代谢物屏蔽”效应。】
水稻根系镉响应：代谢组学发现胁迫下水稻根系积累酚酰胺和黄酮类物质，可能与细胞壁蛋白结合限制镉进入细胞（Zhang et al., 2022a）。
【LiP-MS可鉴定这些代谢物与细胞壁蛋白（如扩展蛋白）的互作构象变化。】
3. 砷胁迫中的代谢物-蛋白互作
水稻砷解毒机制：转录组与代谢组整合分析表明，砷胁迫诱导水稻根系硫代谢通路（如半胱氨酸和谷胱甘合成）上调（Khare et al., 2022）。
【LiP-MS可验证砷酸盐与磷酸盐转运蛋白的竞争性结合，以及砷-硫复合物与伴侣蛋白的互作。】
4. 多组学整合揭示交叉胁迫响应
硅缓解镉毒性的分子机制：硅处理下大豆根系差异表达ZIP和NRAMP家族转运蛋白，并积累酚酸和黄酮类代谢物（Zhou et al., 2022）。
【LiP-MS可定位硅-镉-代谢物三元复合物在细胞壁或液泡膜上的形成位点，解释硅如何“阻断”镉的细胞进入。】
PL-MS vs. LiP-MS：双剑合璧，各有千秋
未来展望
随着技术的不断进步，PL-MS和LiP-MS将在植物学研究中发挥越来越重要的作用。未来，我们可以期待：
▶技术融合：将PL-MS与LiP-MS结合，同时研究蛋白质-蛋白质和蛋白质-代谢物相互作用，全面解析植物细胞内的分子网络。
▶单细胞应用：结合单细胞技术，在单细胞水平上绘制蛋白质和代谢物的互作图谱。
▶田间研究：优化LiP-MS技术，使其直接适用于田间样品，助力作物改良和农业应用。
结语：给植物研究者的小建议
PL-MS和LiP-MS正如植物学研究中的“互作双神器”，一个擅长捕捉蛋白质的社交圈，另一个擅长聆听代谢物的悄悄话。它们的结合将为我们提供前所未有的视角，深入探索植物内部的分子世界，最终助力农业可持续发展和粮食安全。无论是解锁作物的抗逆机制，还是优化植物的代谢途径，PL-MS和LiP-MS都将继续在植物科学研究中发挥不可替代的作用。让我们期待这对“神器”在未来带来更多惊喜！
参考资料
[1] Mair A, Xu SL, Branon TC, et al. Proximity labeling of protein complexes and cell-type-specific organellar proteomes in Arabidopsis enabled by TurboID. Elife. 2019;8:e47864. Published 2019 Sep 19. doi:10.7554/eLife.47864
[2] Raza A, Salehi H, Bashir S, et al. Transcriptomics, proteomics, and metabolomics interventions prompt crop improvement against metal(loid) toxicity. Plant Cell Rep. 2024;43(3):80. Published 2024 Feb 27. doi:10.1007/s00299-024-03153-7
[3] Xu SL, Shrestha R, Karunadasa SS, et al. Proximity Labeling in Plants. Annu Rev Plant Biol. 2023;74:285-312. doi:10.1146/annurev-arplant-070522-052132
[4] Qin W, Cho KF, Cavanagh PE, et al. Deciphering molecular interactions by proximity labeling. Nat Methods. 2021;18(2):133-143. doi:10.1038/s41592-020-01010-5
