蘋果片在干制條件下的蛋白質組學分析

韓彥龍

摘要 [目的]研究蘋果片在干制條件下及復合護色劑處理后的蛋白質水平變化。[方法]采用Label free技術分析了蘋果片在干制條件下及復合護色劑處理后果肉中蛋白質組學的變化。[結果]一共檢測到319個差異蛋白上調，590個下調，分別參與了多個不同的代謝途徑。其中，催化活性catalytic activity（48個差異表達蛋白）、氧化還原過程oxidationreduction process（18個差異表達蛋白）、應激反應response to stress（17個差異表達蛋白）等多個途徑的蛋白差異表達明顯。KEGG富集分析結果顯示，共有2個基因通路顯著富集，在氧化磷酸化Oxidative phosphorylation中有5個蛋白參與顯著富集；在代謝通路Metabolic pathways中有11個蛋白參與顯著富集。這2個途徑與抗氧化、褐變酶合成途徑有關。[結論]該研究首次在蘋果片干制條件下及復合護色劑處理后采用蛋白質組學的方法分析差異蛋白的表達變化，為復合護色劑在實踐中果蔬護色提供科學依據。

關鍵詞 復合護色劑；蘋果片；干制；蛋白質組學；表達分析；GO富集分析

中圖分類號 TS255.42 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）02-0070-05

Abstract [Objective] To investigate proteins expression in complex colourprotective reagents treated apple slices during drying. [Method]We analyzed proteomic change in apple slices treated with complex colourprotective reagents during drying using Label free technology. [Result]319 differential proteins were upregulated， 590 differential proteins were downregulated. They involved into different metabolism pathways， respectively. Among them， differential proteins expression in catalytic activity （48 proteins）， oxidationreduction process （18 proteins）， response to stress （17 proteins） pathways became very obvious. KEGG enrichment analysis showed that two gene pathways were obviously enriched. 5 proteins involved into Oxidative phosphorylation pathway enrichment.11 proteins involved into metabolic pathways enrichment. The two pathways were related to antioxidation and enzymes browning procedures. [Conclusion] Proteomic change in complex colourprotective reagents treated apple slices during drying was first reported. This study provided a science support to application of complex colourprotective reagents in fruits and vegetables browning inhibition.

Key words Complex colourprotective reagents；Apple slices；Drying；Proteomics；Expression analysis；GO enrichment analysis

蘋果是一種非常適合于工業化生產的水果，新鮮蘋果經分級、清洗、整修、去皮、切分、保鮮、包裝等處理，供消費者立即食用或餐飲業使用。色澤是判斷加工蘋果非常重要的一個指標，切割蘋果的主要質量問題是褐變。由于在加工過程（如去皮、切分等）中破壞了多酚氧化酶（PPO）和酚類物質在細胞內通過一系列膜系統的區域化分布，因而酶和底物的酚類物質在有氧氣的條件下相互接觸導致酶促褐變的發生，從而嚴重影響蘋果的顏色、風味、營養和品質，因此防止加工蘋果的氧化褐變尤為重要[1-2]。蘋果褐變的主要原因是其組織內的酚類物質在多酚氧化酶的作用下氧化為醌類，而醌類物質會進一步聚合而形成黑色素，進而發生酶促褐變[3]。

蛋白質組是指由一個基因組、一個細胞或組織所表達的所有蛋白質[4-5]。蛋白質組學是以蛋白質組為研究對象的新的研究領域，其目的在于闡明生物體全部蛋白質的表達模式及功能模式，包括蛋白質的表達、翻譯后的修飾、蛋白結構、蛋白與蛋白之間相互作用等，由此獲得蛋白質水平上的關于疾病發生、細胞代謝等過程的整體而全面的認識[6-7]。蘋果片干制是保存蘋果的一種重要方法，然而在干制過程中，果肉極易發生褐變，使其商品價值大大降低，為此，研制了一種能有效降低果肉褐變的復合護色劑。筆者通過蛋白組學分析技術分析了干制蘋果片在護色前后蛋白的差異表達，為揭示復合護色劑抑制蘋果片果肉褐變的機制提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料紅富士蘋果購自太谷縣。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理。

洗凈蘋果，將蘋果切成 1 mm 的薄片，均等分成2份，其中1份放置于空氣中 4 h，另1份浸泡于復合護色液中 4 h，將2份蘋果放置于 45 ℃烘箱中烘至恒重。

1.2.2 蛋白質提取。

蛋白質提取按照參考文獻[8]的方法進行。

1.2.3 蛋白質酶解。

蛋白質酶解按照參考文獻[8]的方法進行。

1.2.4 色譜質譜檢測流程。

檢測用 LTQ orbitrapVelos液質聯用儀配備戴安ultramate 3000 nano-UPLC 進行分析，上機量 10 μL，首先進入保護柱（C18 PepMap100，300 μm×1 mm，5 μm，100 ），隨后進入分析柱（AcclaimPepMap C18，15 cm×75 μm，2 μm，100 ，Dionex）以流速 0.2 μL/min 進行分析。

質譜參數：陽離子模式，CID 碰撞模式，120 000 分辨率，質量范圍 350～1 800，NCE 為 35%，前 top15 離子強度用于 MS/MS 分析。

1.3 分析方案

Orbitrap原始數據定性定量方法：對獲得的Label free蛋白質原始數據.raw，用Label free定性定量軟件maxquant（1.5.0.12）結合搜庫定性軟件Andromeda，對每個樣本進行定性定量，參考蛋白質數據庫為uniprot（收錄了共34 361條記錄）。具體的定性和檢索方法按照參考文獻[8]的方法進行。

2 結果與分析

2.1 差異蛋白表達分析

定性定量分析可以識別到1 797個蛋白（unique peptide≥1）。最終獲得的差異蛋白總數為909個，其中下調總數為590個，上調總數為319個[8]。

2.2 差異蛋白GO富集分析

Gene Ontology顯著性富集分析以GO term為單位，找出與基因組的所有表達基因背景相比，在差異表達基因中顯著性富集的GO term。檢驗P值，將用P≤0.05的GO term定義為在差異表達基因中顯著富集的GO term。通過GO功能顯著性富集分析能確定差異表達基因行駛的主要生物學功能。其中BP為biological process（生物學過程）、MF為Molecular Function（分子功能）、CC為Cellular Component（細胞組件）。用GO數據庫注釋將差異蛋白，分析差異蛋白在本體論水平上的功能富集，結果顯示，差異蛋白分別在Biological process、Cellular component和Molecular function這3個水平上有顯著富集。其中差異蛋白表達數≥10的有催化活性catalytic activity（48個差異表達蛋白）、氧化還原過程oxidationreduction process（18個差異表達蛋白）、應激反應response to stress（17個差異表達蛋白）、碳水化合物代謝過程carbohydrate metabolic process（13個差異表達蛋白）、羧酸代謝過程carboxylic acid metabolic process（11個差異表達蛋白）、酮酸代謝過程oxoacid metabolic process（11個差異表達蛋白）、有機酸代謝過程organic acid metabolic process（11個差異表達蛋白）、非生物刺激反應response to abiotic stimulus（10個差異表達蛋白）。通過注釋信息可知在果肉干制過程中代謝活力整體上功能集中在催化過程和氧化還原過程（表1、圖1）。

2.3 差異基因的pathway富集分析

KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）是系統分析基因功能、基因組信息數據庫，它有助于研究者把基因及表達信息作為一個整體網絡進行研究。KEGG的一個數據庫是GENES，另一個數據庫是LIGAND。KEGG提供的整合代謝途徑（pathway）查詢十分出色，包括碳水化合物、核苷、氨基酸等的代謝及有機物的生物降解，不僅提供了所有可能的代謝途徑，而且對催化各步反應的酶進行了全面的注解，包含有氨基酸序列、PDB庫的鏈接等。

KEGG是進行生物體內代謝分析、代謝網絡研究的強有力工具。

用KEGG數據庫注釋差異蛋白，分析差異蛋白在KEGG代謝通路中的富集，對差異蛋白進行富集分析，取P<0.05為最終差異的代謝通路。結果顯示，共有2個基因通路顯著富集，在氧化磷酸化Oxidative phosphorylation中有5個蛋白參與顯著富集；在代謝通路Metabolic pathways中有11個蛋白參與顯著富集。這2個途徑與抗氧化、褐變酶合成途徑有關，說明在果片干制過程中的褐變酶與抗氧化酶蛋白可能參與褐變代謝相關酶的生成或抑制過程。這個結果與GO富集分析結果一致（表2、圖2）。

3 結論

蘋果片經復合護色劑處理后，經干制后取樣分析，結果表明，差異蛋白在Biological process、Cellular component和Molecular function 這3個水平上均有顯著富集。其中差異蛋白表達數≥10的有催化活性catalytic activity（48個差異表達蛋白）、氧化還原過程oxidationreduction process（18個差異表達蛋白）、應激反應response to stress（17個差異表達蛋白）等。KEGG分析表明，共有2個基因通路顯著富集。

參考文獻

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