La alta salinidad, las bajas temperaturas y la sequía causan tensiones osmóticas, que es un factor ambiental importante que afecta la productividad de las plantas1,2. La fosforilación proteica es una de las modificaciones post-traslacionales más significativas que median la percepción y la transducción de la señal en respuesta de la planta a la tensión osmótica3,4,5. La proteína quinasa 2s (SnRK2s) relacionada con SNF1 está implicada en la señalización de tensión osmótica6. Nueve de cada diez miembros de la familia SnRK2 muestran una activación significativa en respuesta al estrés osmótico7,8. El snrk2.1/2/3/4/5/6/7/8/9/10 decuple (snrk2-dec) mutante que tiene mutaciones en los diez SnRK2 mostró hipersensibilidad al estrés osmótico. En el mutante snrk2-dec, la acumulación osmótica inducida por estrés de inositol 1,4,5-trisphosphato (IP3),biosíntesis de ácido abscísico (ABA) y expresiones génicas se reducen fuertemente, destacando el papel vital de SnRK2s en las respuestas de estrés osmótico6. Sin embargo, todavía no está claro cómo las quinasas SnRK2s regulan estos procesos biológicos. Perfilar los cambios fosfoproteómicos en respuesta al estrés osmótico es una manera eficiente de cerrar esta brecha y delinear los mecanismos de defensa activados por estrés osmótico en las plantas.
La espectrometría de masas (EM) es una potente técnica para mapear la fosfoproteomavegetal 9. Sin embargo, la caracterización de la fosfoproteómica vegetal sigue siendo un desafío debido al rango dinámico del proteoma vegetal y a la complejidad del lysatovegetal 4. Para superar estos desafíos, desarrollamos un flujo de trabajo fosfoproteómico vegetal universal, que elimina interferencias no deseadas como los pigmentos fotosintéticos y metabolitos secundarios, y permite la cobertura profunda de fosfoproteoma vegetal10. Se han desarrollado varios métodos de enriquecimiento de fosfopéptidos como cromatografía de afinidad de iones metálicos inmovilizados (IMAC) y cromatografía de óxido metálico (MOC) para enriquecer fosfopéptidos antes del análisis de EM11,12,13,14,15,16. Los no fosfopéptidos ácidos que se purifican con fosfopéptidos son las principales interferencias para la detección de fosfopéptidos. Anteriormente, estandarizamos el valor de pH y la concentración de ácido orgánico del búfer de carga IMAC para eliminar la unión de no fosfopéptidos, para obtener más del 90% de especificidad de enriquecimiento pasando por alto el paso de pre-fraccionamiento11.
La pérdida de muestras en el proceso de varios pasos de enriquecimiento y fraccionamiento de fosfopéptidos dificulta la sensibilidad de la identificación de fosfopéptidos y la profundidad de la cobertura fosfoproteómica. Las puntas stop-and-go-extraction (puntas de escenario) son puntas de pipeta que contienen pequeños discos para tapar el extremo de la punta, que se pueden incorporar con cromatografía para el fraccionamiento de péptidos y limpieza17. La pérdida de muestras durante el procedimiento de la punta del escenario se puede minimizar evitando la transferencia de muestras entre los tubos. Hemos implementado con éxito la punta de etapa en Ga3+-IMAC y Fe3+-IMAC para separar péptidos fosforilados múltiples de baja abundancia de péptidos fosforilados, que mejoraron la profundidad del fosfoproteoma humano15. Además, el uso de alta punta de etapa de fase invertida de pH (Hp-RP) ha demostrado la mayor cobertura del proteoma de membrana humana en comparación con la del intercambio de cationes fuertes (SCX) y la cromatografía de intercambio de aniones fuertes (SAX)18. Por lo tanto, la integración de las técnicas de punta de etapa IMAC y Hp-RP puede aumentar la cobertura de fosfoproteoma vegetal con simplicidad, alta especificidad y alto rendimiento. Hemos demostrado que esta estrategia identificó más de 20.000 sitios de fosforilación de plánexas arabidopsis, lo que representa una mayor profundidad de fosfoproteoma vegetal19.
Aquí, informamos de un protocolo fosfoproteómico basado en la punta de etapa para la elaboración de perfiles fosfoproteómicos en Arabidopsis. Este flujo de trabajo se aplicó para estudiar la perturbación fosfoproteómica de plántulos mutantes de tipo salvaje y snrk2-dec en respuesta al estrés osmótico. El análisis fosfoproteómico reveló los sitios de fosforilación implicados en la activación de la quinasa y la señalización de estrés osmótico temprano. El análisis comparativo de datos de fosfoprotemas mutantes de tipo salvaje y snrk2-dec llevó al descubrimiento de una cascada de quinasa similar a Raf (RAF)-SnRK2 que desempeña un papel clave en la señalización de estrés osmore en plantas altas.