Cell Reports | 西南大学曲存民/杜海团队发布油菜全景定量蛋白质组与磷酸化组图谱，加速油菜设计育种

甘蓝型油菜（Brassica napus L.）是全球重要的油料作物，也是食用油和蛋白饲料的主要来源。油菜基因组在12年前完成测序，此后基因组、重测序和转录组资源快速积累，但作为生命活动主要执行者的蛋白质组仍缺乏系统性解析。蛋白质组学通过绘制蛋白质表达图谱，可为基因功能验证和发育动态监测提供直接证据，有效填补基因组信息在功能层面的预测空白。构建覆盖多组织、多发育阶段的全景定量蛋白质组图谱，对于揭示植物生长发育及代谢调控机制具有重要意义，也为依托多组学数据开展作物分子设计育种奠定了重要基础。

近日，西南大学联合中国农业科学院生物技术研究所等单位，在Cell Reports在线发表题为A proteome-centered atlas links tissue specialization and phytohormone variation in rapeseed的研究论文。该研究针对油菜萌发、营养生长和生殖生长阶段的24个主要组织取样，以蛋白质组为核心，整合同批次转录组、磷酸化蛋白质组和植物激素数据，构建了覆盖广泛的油菜多组织多组学资源。这一多组学全景图谱深化了对油菜生物学特征的认识，为作物遗传改良提供了宝贵资源。

研究团队采用基于 Orbitrap Astral 质谱平台的窄窗口 DIA 定量策略，共鉴定28,217个蛋白质和13,455个磷酸化蛋白质，覆盖71,982个磷酸化位点；同时在相同组织框架下完成转录组和靶向植物激素检测。不同发育时期的同一器官在蛋白质组层面总体表现出较高相似性，说明组织身份是驱动油菜多组学差异的重要因素。

图1 油菜蛋白质组图谱

在磷酸化调控层面，研究鉴定了大量组织动态变化的磷酸化位点，并解析了油菜主要磷酸化基序。研究还系统鉴定了3,247个蛋白激酶和494个蛋白磷酸酶，并结合组织共现和互作信息预测了41,522条激酶-底物调控关系。此外，作者分别利用转录、蛋白和磷酸化位点信息构建转录因子-靶基因网络，整合得到由多个组学层面共同支持的高可信调控关系，为后续研究油菜转录调控与激酶信号网络提供了系统资源。

图2 油菜磷酸化蛋白质组图谱

由于组织特异蛋白中富集了大量激素相关生物学过程，研究团队进一步对同一套24组织样本开展靶向植物激素检测。植物激素组成同样具有显著的组织依赖性：发育中的种子中 IAA、ABA 和 ACC 明显富集，而根组织中 SA 和 JA 相关化合物积累较高；幼嫩角果和花则同时富集多种激素信号。这些结果构建了油菜主要组织的植物激素动态图谱，并为将激素变化与分子表达网络相连接提供了基础。

图3 24个油菜组织中的植物激素动态分布图谱

为进一步从多组学数据中筛选与植物激素变化相关的关键基因，作者分别基于转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组进行 WGCNA，并将模块特征值与植物激素丰度进行关联。结果发现，同一种激素在不同组学层面对应的关联模块和基因重叠有限，进一步说明蛋白质和磷酸化信息具有不可替代的补充价值。针对种子中富集的 IAA、ABA 和 ACC，研究重点分析了蛋白质模块 MPr3 和 MPr22，其中 MPr3 在种子发育过程中持续保持较高丰度，并与 ABA 和 IAA 显著相关。综合模块成员度、激素相关性和模块内连通度后，研究团队从 MPr3 中优先筛选出多个候选枢纽蛋白，并选择BnaTT3进行功能验证。CRISPR-Cas9 编辑材料的激素测定表明，bnatt3 突变体在种子发育早期的 IAA 和 ABA 含量显著降低；成熟种子表现为黄色种皮，同时含油量和千粒重升高、蛋白含量降低。该结果支持 BnaTT3 参与协调油菜种子发育与植物激素稳态，也展示了蛋白质组在功能基因挖掘中的应用价值。

图4 多组学关联筛选并验证种子激素相关候选基因 BnaTT3

综上，该研究建立了覆盖油菜主要组织和发育阶段的高质量蛋白质组、磷酸化蛋白质组和植物激素资源，并通过与转录组的联合分析系统揭示了不同层级表达信息之间的互补性。研究不仅为解析油菜组织功能分化、蛋白质磷酸化调控和激素稳态提供了重要数据基础，也通过 BnaTT3 的功能验证证明了蛋白质组资源在候选基因发现中的实际价值，为油菜功能基因组研究和分子育种提供了新的多组学框架与数据支撑。

该研究由西南大学农学与生物科技学院与中国农业科学院生物技术研究所等单位合作完成。陈茁、侯智扬、钱兴志和孙夫军博士是论文的共同第一作者。西南大学杜海教授、曲存民教授和中国农业科学院生物技术研究所梁哲研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金、国家自然科学基金以及重庆市自然科学基金等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117867