開(kāi)花植物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)如何與Twitter或Facebook上的社交網(wǎng)絡(luò)相似?那么這兩者如何與病原體使植物或人生病的方式有關(guān)?

伯明翰阿拉巴馬大學(xué)的Shahid Mukhtar博士及其同事在與奧地利維也納格雷戈?duì)柮系聽(tīng)栄芯克难芯咳藛T的合作研究中解決了這些問(wèn)題。利用系統(tǒng)生物學(xué)，他們成功地鑒定了開(kāi)花植物擬南芥中植物病原體的先前未知的蛋白質(zhì)靶標(biāo)，采用了一些用于分析社會(huì)網(wǎng)絡(luò)或生物網(wǎng)絡(luò)的相同方法。他們說(shuō)，他們的理論框架可以幫助分析物種之間的其他相互作用，揭示病原體接觸點(diǎn)。

在社交網(wǎng)絡(luò)中，可以在Twitter和Facebook上映射關(guān)注者或朋友之間的聯(lián)系。少數(shù)人會(huì)有大量的聯(lián)系，有些會(huì)有很多，而絕大多數(shù)會(huì)少得多。這些連接的地圖類似于航空公司的路線圖，網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)顯示了集線器和瓶頸等拓?fù)涔δ堋?duì)社交網(wǎng)絡(luò)的分析使專家能夠識(shí)別出“最佳信息傳播者”。

類似地，對(duì)于生物學(xué)，破解生態(tài)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)或生命形式的細(xì)胞內(nèi)的大分子可以幫助發(fā)現(xiàn)這些復(fù)雜系統(tǒng)中的新組件，并提供生物學(xué)見(jiàn)解和可測(cè)試的假設(shè)。

一個(gè)生物網(wǎng)絡(luò)是細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用已經(jīng)在諸如植物，人類和蛔蟲(chóng)等多種生物中研究了這種網(wǎng)絡(luò)。這些蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用的網(wǎng)絡(luò)圖，表示蛋白質(zhì)與其他伙伴一起運(yùn)作，被稱為蛋白質(zhì)相互作用組。

在Nature Communications上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，UAB藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物系助理教授Mukhtar與UAB和Gregor Mendel研究所的同事一起分析了兩種不同的相互作用組。第一個(gè)是模擬植物擬南芥(A. thaliana)葉細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的全球蛋白質(zhì)相互作用組，稱為擬南芥(Arabidopsis)相互作用組。他們還分析了另一種更具特異性的蛋白質(zhì)相互作用組，用于細(xì)胞表面的受體，使植物能夠看到，聽(tīng)到，聞到并響應(yīng)環(huán)境線索和危險(xiǎn) - 尤其是對(duì)致病性病原體。第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)稱為細(xì)胞表面interactome。

對(duì)于細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，他們首先將超過(guò)4,300個(gè)擬南芥蛋白質(zhì)編碼基因與五類可觀察的性狀相匹配，稱為表型。五個(gè)表型組是植物存活所需的必需基因;控制植物形狀或外觀的形態(tài)基因;細(xì)胞或生化過(guò)程的基因;條件基因，只有當(dāng)植物受到缺水或極端溫度等脅迫時(shí)才會(huì)發(fā)生突變;和沒(méi)有已知表型的基因。

當(dāng)他們將表型與他們之前繪制的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)大型中心和瓶頸節(jié)點(diǎn)富集了條件表型基因并耗盡了必需基因。這與在酵母蛋白質(zhì)相互作用組中看到的有爭(zhēng)議的中心 - 致死率規(guī)則形成對(duì)比，其中大的中樞和瓶頸節(jié)點(diǎn)富含必需基因。

病原體擬南芥能夠注入病原體蛋白質(zhì)進(jìn)入植物細(xì)胞，而這些注入的“效應(yīng)”蛋白質(zhì)操縱植物的網(wǎng)絡(luò)病原體的優(yōu)勢(shì)。Mukhtar及其同事之前已在病原體效應(yīng)蛋白和細(xì)胞內(nèi)的擬南芥蛋白之間構(gòu)建了兩個(gè)種間植物 - 病原體相互作用網(wǎng)絡(luò)。

研究小組發(fā)現(xiàn)，擬南芥相互作用組中的大型中心僅占病原體效應(yīng)蛋白靶標(biāo)的6.5%，這使得它成為使用網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)鑒定目標(biāo)的有限方法。但是，當(dāng)研究人員應(yīng)用一種稱為加權(quán)k-shell分解的方法來(lái)識(shí)別最佳“信息傳播者”時(shí)，類似于最近對(duì)社交網(wǎng)絡(luò)的分析，k-shell分解內(nèi)部層中的擬南芥蛋白質(zhì)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)率為33%對(duì)于病原體效應(yīng)物靶標(biāo)。

因此，k-shell分解分析超過(guò)了效應(yīng)靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)的其他中心度量。

為了測(cè)試這一點(diǎn)，他們?nèi)缓蟛榭戳艘粋€(gè)不相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，即細(xì)胞表面的相互作用。這些細(xì)胞表面蛋白質(zhì)使植物能夠感知它們周?chē)沫h(huán)境。k-shell分析預(yù)測(cè)這些細(xì)胞表面蛋白中的35種是最有影響力的信息傳播者。當(dāng)測(cè)試細(xì)胞表面蛋白的內(nèi)部部分與來(lái)自細(xì)菌病原體丁香假單胞菌的效應(yīng)蛋白的相互作用時(shí)，研究人員能夠鑒定出7個(gè)先前未知的效應(yīng)靶，發(fā)現(xiàn)率為40%。

研究人員制作了7個(gè)效應(yīng)靶標(biāo)的突變體，發(fā)現(xiàn)所有新發(fā)現(xiàn)的靶標(biāo)在突變時(shí)表現(xiàn)出擬南芥植物葉片上病原體生長(zhǎng)的變化。

“我們以網(wǎng)絡(luò)為中心的方法，”研究人員寫(xiě)道，“在解決宿主 - 病原體接觸點(diǎn)的努力中，在促進(jìn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)包括人類蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的多種物種間和物種間相互作用體具有令人興奮的潛在適用性。針對(duì)性的治療策略。“