研究团队可以使用一种新方法来测量和比较不同形式的蛋白质和蛋白质复合物，这有助于揭示藻类基因组在细胞周期中如何受到控制的以前未见过的分子特征。论文“pyMS-Vis，一种用于可视化和研究解卷积自下而上的质谱实验的开源 Python 应用程序：组蛋白蛋白质形式案例研究”最近发表在《分析化学》杂志上。

该研究合作的参与者包括丹佛斯植物科学中心成员兼首席研究员 James Umen 博士、加州圣玛丽学院 (SMC) 副教授 James (Jim) Pesavento 博士、浙江大学求是实验学者周默伟博士和华盛顿州里奇兰能源环境与分子科学实验室视觉蛋白质组学首席科学家 Ljiljana Paša-Tolić 博士。

Umen 实验室以长期研究藻类细胞如何繁殖并分化为不同性别的藻类而闻名。Pesavento 是使用质谱法以极高的精度识别生物分子并量化其丰度的专家。他特别擅长研究一组非常重要的蛋白质，称为组蛋白，这些蛋白质用于包装所有具有细胞核的生物体(包括植物、藻类和人类)中的 DNA。

组蛋白不仅对 DNA 的包装至关重要，而且也带有化学修饰，可作为标记基因位置和是否应表达的信号或路标。这些标记有时被称为表观基因组，因为它们为与其关联的 DNA 添加了额外的信息层。

该领域的一大挑战是确定哪些组蛋白具有哪些化学修饰、这些修饰发生在组蛋白的哪个位置以及它们是否是动态的(在特定条件下添加和去除)。即使使用最先进的质谱仪器和软件，组合可能性也使这项任务变得特别困难。

此外，每组生物，如植物和绿藻，似乎都有自己不同的组蛋白密码语言，学习这种语言作为帮助培育具有有益性状的改良品种的工具非常重要。

尽管有商业软件可以帮助完成这项任务，但没有一款软件足够强大，可以解决整个组蛋白上的组蛋白修饰问题。Pesavento 意识到，识别组蛋白修饰这项重复且耗时的任务可以部分自动化，因此他着手创建一个名为 pyMS-Vis 的开源工具，以帮助藻类组蛋白和其他组蛋白研究人员解决这个问题。

“这项工作始于与圣马科斯大学教授 Udayan Das 博士的合作，当时我们在 2022 年圣马科斯大学本科生暑期研究计划期间共同指导了本科计算机科学专业学生 Megan Bindra，”Pesavento 表示。“我们取得了重大进展，Bindra 于次年(2023 年)在一次专业会议上介绍了这项工作。”

为了测试这种方法，他使用了 Umen 实验室从处于细胞分裂周期不同阶段的细胞中制备的一组组蛋白样本，以回答以下问题：当细胞复制 DNA 时以及当细胞生长但不复制 DNA 或分裂时，组蛋白上的标记会发生什么变化。pyMS-Vis 可以快速分析数据并发现特定组蛋白亚型的新的和意外大的群体，该群体缺少一个标记，而一直认为该标记存在于几乎每个该亚型的组蛋白上。

“pyMS-Vis 使我们能够看到以前不容易看到的组蛋白动态，并为更全面地了解藻类基因表达语言打开了大门，”Umen 说。“这种更深入的理解将是将藻类开发为高产作物品种的关键部分，这些作物品种可以稳定地表达有益特性，例如提高石油产量或高价值产品。”