——访南开大学生命科学学院李磊教授
光合蛋白质稳态研究-植物生长/逆境应答的能量基础
光是植物光合作用的基础，对植物的生长周期、结构、外观和品质等都具有直接和间接的影响。但是光逆境引起的光抑制会降低光合作用产率，造成农作物和经济作物大幅度的减产。在全球气候恶化、粮食安全问题日益凸显的今天，如何发现并修复光损伤蛋白质，稳定提高植物的光合作用效率，是对于基础科研和现代农业同等重要的科学难题。
南开大学李磊教授利用蛋白质质谱分析平台，系统解析了模式植物拟南芥高光损伤的蛋白质周转率，发现了新的光损伤蛋白质酶稳态调控机制。为此，分析测试百科网近日采访了李磊教授，围绕其课题展开讨论，为我们揭示其中的奥秘。
青年科学家
李磊教授在西澳大学获得植物生物化学博士学位，曾任澳大利亚植物能源中心（ARC-CPEB）助理研究员，期间至比利时VIB所短期合作研究，2018年9月受聘南开大学生命科学学院教授，入选南开大学“百青计划”。
李磊教授致力于植物生物化学研究，开展了蛋白稳定性、蛋白复合体组装和蛋白降解途径的研究。发表学术论文20多篇，包括Trends in Plant Science、PNAS和Plant Cell等，多篇成为Web of Science高引用论文，多次受邀在植物生物化学和国际蛋白组学会议做主题报告，2017年被中澳科学和技术创新大会授予“青年科学家奖”，Nature Plants、Cell Reports和eLife等学术期刊审稿人。
能量细胞器-光稳态研究的核心
植物细胞器中叶绿体和线粒体占到植物细胞蛋白质的总量的85%，在植物能量转化中发挥着至关重要的作用。李磊教授在南开大学生命科学学院创建了蛋白质周转率测定的蛋白质质谱分析平台，主要研究方向即为植物叶绿体和线粒体的蛋白质稳态调控。其中，稳定同位素标记的蛋白质组学技术是主要手段之一，同时需结合细胞生物学以及分子生物学等多方面的方法开展策略研究。
目前研究工作主要围绕两个方面，一方面是逆境对植物能量细胞器的影响，尤其是在高光照这个非生物逆境对于叶绿体蛋白质稳态调控方向。另一方面是针对前期工作中发现的线粒体中一些高周转率的蛋白质，对于植物线粒体蛋白质稳态的调控机制的研究。
值得注意的是，深入研究能量细胞器，需要对细胞器进行纯化、分离处理，这对于细胞器的研究带来了额外的技术手段的要求，同时也带来了新的挑战。
蛋白质周转率-植物能量利用的动态研究
蛋白质的合成和降解决定了蛋白质的周转的动态过程。这个周转过程需要消耗大量能量分子ATP，占到了呼吸作用的30%到50%的能量甚至更多。周转率研究的是蛋白质分子合成降解的动态过程，而不仅仅局限于传统蛋白质对于蛋白质表达丰度或翻译后修饰等方面。“这是一个新的研究策略”李磊教授说。经过十多年的努力，创建了蛋白质周转率研究技术平台。
蛋白质周转率分析一方面可以分析哪些是高周转蛋白，另一方面可以计算哪些蛋白质在细胞周转中消耗更多的能量。可以广泛应用在植物逆境或细胞发育过程的研究中。这对于植物能量高效利用以及未来建立能量高效农业，都有潜在应用价值。
蛋白质组学-蛋白质周转率的主要分析手段
蛋白质周转率的研究的方法，具体而言，是应用重的稳定同位素标记法，通过质谱分析，对标记后的蛋白质分子的肽段进行分离和定量。计算新合成的被稳定同位素标记的蛋白质和原来的蛋白质之间的比例，进而得到蛋白质的周转率。
李磊教授研究团队利用稳定同位素13CO2标记，通过蛋白质组学质谱分析的方法，发现了高强度光照可以激活包括D1在内的七十多种蛋白质周转率快速升高。结合多组学分析发现，高光可引发广泛的蛋白质降解，相关蛋白质的编码基因多数被激活表达，但蛋白质的丰度并未发生明显变化。该发现解决了长久以来困扰生物学家的基因表达发生显著激活，而蛋白质稳态得以维持的生物学问题。仅有少数蛋白质的编码基因未被激活，蛋白质水平呈现降低趋势，从而成为光损伤的蛋白质靶点。这些靶标蛋白质为未来稳定提高光合作用效率应用研究奠定了基础。
分析手段与研究展望
李磊教授从事植物蛋白质组学研究有将近15年时间，质谱分析仪器是蛋白质周转率研究的利器之一。现代质谱仪器灵敏度、分辨率、覆盖率等方面的性能越来越高，对于蛋白质周转包括其在内的植物蛋白质组学研究具有非常大的推动作用。
谈到未来生命科学及科学仪器的发展，李磊教授希望未来在单细胞，甚至单细胞器的蛋白质组学分析方面能取得突破。在亚细胞水平上，进一步提高分析的深度，让生命科学研究更加聚焦。这需要学界和质谱仪器公司从科学问题和仪器性能的不同角度来共同来推动。
目前，国内植物蛋白质组学研究着眼于在大的方向或领域，而国外研究相对聚焦具体的科学问题。国内植物蛋白质组学研究处于高速发展阶段，李磊教授团队正在积极发展，迎头赶上，争取揭开更多的、更聚焦的生物学问题的奥秘。
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