$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Artan kuraklık şiddeti ve sıklığının tahıl bitkilerinin verimliliğini etkilemesi bek edilmektedir1,2. Sorgum, su sınırlayıcı koşullara dayanma olağanüstü yeteneği ile bilinen bir tahıl gıda ve enerji mahsulüdür3,4. Kuraklık stresi, bitki gelişimi ve sorgumun epigenetiği [Sorgum çift renkli (L.) Moench] bitkileri arasındaki etkileşimi mekanistik bir şekilde anlamaya çalışıyoruz. Önceki çalışmalarımız kuraklık iklimlendirmesinde bitki ve rizosfer mikrobiyomu ile moleküler düzeyde5,6,7. Bu araştırma, bitkileri gelecekteki iklim senaryolarına uyarlamada epigenetik mühendisliğin kullanılmasının önünü açacaktır. Epigenetiği anlama çabalarının bir parçası olarak, bitki organizmasında gen ekspresyonını etkileyen protein belirteçlerini incelemeyi amaçlıyoruz.
Histonlar, ökaryotlarda DNA'yı kromatin temel birimleri olarak nükleozomlara paketleyen yüksek oranda korunmuş bir protein ailesine aittir. Histonların çeviri sonrası modifikasyonları (PTM' ler) kromatin yapısını kontrol etmek ve gen ekspresyonunu etkilemek için dinamik olarak düzenlenir. DNA metilasyonu da dahil olmak üzere diğer epigenetik faktörler gibi, histone PTM'leri de birçok biyolojik işlemde önemli roller oynar8,9. Batı lekeleri gibi antikor bazlı tahliller, histone PTM'lerini tanımlamak ve ölçmek için yaygın olarak kullanılmıştır. Ek olarak, histone PTM'lerinin ve DNA'nın etkileşimi Chromatin immünorepritasyon ile etkili bir şekilde araştırılabilir - sıralama (ChIP-seq)10. ChIP-seq'te, spesifik hedefli histone PTM'ye sahip kromatin, bu spesifik PTM'ye karşı antikorlarla zenginleştirilir. Daha sonra, DNA parçaları zenginleştirilmiş kromatinden serbest bırakılabilir ve sıralanabilir. Hedeflenen histone PTM ile etkileşime giren genlerin bölgeleri ortaya konmuştır. Bununla birlikte, tüm bu deneyler büyük ölçüde yüksek kaliteli antikorlara dayanır. Bazı histone varyantları / homologları veya PTM kombinasyonları için, sağlam antikorların geliştirilmesi son derece zor olabilir (özellikle birden fazla PTM için). Ek olarak, antikorlar ancak hedeflenen histone PTM biliniyorsa geliştirilebilir. 11 Bu nedenle, histone PTM'lerin hedefsiz, genel profil oluşturma için alternatif yöntemler gereklidir.
Kütle spektrometresi (MS), antikorların bulunmadığı bilinmeyen PTM'ler de dahil olmak üzere histone PTM'leri karakterize etmek için tamamlayıcı bir yöntemdir11,12. Köklü "aşağıdan yukarıya" MS iş akışı, sıvı kromatografi (LC) ayrımı ve MS algılamadan önce proteinleri küçük peptitlere sindirmek için proteaz kullanır. Histonlar çok sayıda temel kalıntıya (lizin ve arginin) sahip olduğundan, standart aşağıdan yukarıya iş akışındaki tripsin sindirimi (lizin ve arginin'e özgü proteaz) proteinleri çok kısa peptitlere keser. Kısa peptitlerin standart LC-MS tarafından analiz etmesi teknik olarak zordur ve birden fazla PTM'nin bağlantısı ve stoichiometry'si hakkındaki bilgileri korumaz. Lizinleri bloke etmek için diğer enzimlerin veya kimyasal etiketlemeninkullanılması,histone PTM'lerin karakterizasyonu için daha uygun olan daha uzun peptitler üretir13,14.
Alternatif olarak, sindirim adımı tamamen atlanabilir. Bu "yukarıdan aşağıya" yaklaşımda, bozulmamış protein iyonları, çevrimiçi LC ayrımından sonra elektrospray iyonizasyonu (ESI) ile MS'e sokulur ve bozulmamış histone proteoformlarının iyonlarını verir. Ek olarak, ilgi çekici iyonlar (yani proteoformlar), tanımlama ve PTM lokalizasyonu için sıra iyonlarını elde etmek için kütle spektrometresinde izole edilebilir ve parçalanabilir. Bu nedenle, yukarıdan aşağıya MS, proteoform düzeyindeki bilgileri koruma ve aynı proteoform15 , 16üzerindeki birden fazla PTM ve terminal kesilmelerinin bağlantısını yakalama avantajına sahiptir. Yukarıdan aşağıya deneyler ayrıca nicel bilgiler sağlayabilir ve bozulmamış protein seviyesindeki biyobelirteçlerin içgörülerini sunabilir17. Burada, sorgum yaprağından histone çıkarmak ve bozulmamış histonları yukarıdan aşağıya LC-MS ile analiz etmek için bir protokol açıklıyoruz.
Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterilen örnek veriler ekimden sonraki 2. haftada toplanan sorgum yaprağındandır. Verim değişimi beklenmekle birlikte, bu protokol genellikle belirli örnek koşullara göre belirsizdir. Aynı protokol, ekimden 2, 3, 5, 8, 9 ve 10 hafta sonra toplanan sorgum bitki yaprak dokusu için başarıyla kullanılmıştır.