分子间作用分析

图片描述：分子间作用力测试过程示意图与典型力-距曲线和作用力统计结果 高分子材料在人类社会中起着不可或缺的作用。高分子的分子间相互作用特性决定了其相关材料在不同领域中的物理化学性质和应用性能。因此，对高分子分子间作用力的量化研究对指导后续功能材料的设计与制备、开拓高分子材料新的应用领域具有重要指导意义。本次网络研讨会将以天然高分子木质素和纤维素为例，首先详细介绍原子力显微镜在量化研究高分子分子间作用力时的基础原理和测试方法，然后展示如何对分子间作用力的测试结果进行详细分析（包括对多种耦合作用力的解构分析等），最后对原子力显微镜分子间作用力测试技术进行简单的展望与总结。报告人：王静禹华南理工大学 化学与化工学院王静禹，华南理工大学化学与化工学院在站博士后。2014年获得长沙理工大学学士学位，博士期间在华南理工大学邱学青教授的生物质资源利用团队进行学习与研究，于2020年获得化学工程博士学位，并在毕业后继续以博士后身份在该课题组开展研究工作。2018年至2020年，以联合培养博士身份赴美国威斯康辛大学-麦迪逊校区进行为期两年的交流学习。王静禹博士有着7年的原子力显微镜应用经验（包括原子力显微镜形貌成像、力学、电学等模块），他目前的研究工作主要包括天然高分子分子间相互作用和溶液行为的基础研究及其超分子结构的精确调控。网络讲座时间：2021年5月27日 星期四 上午10点-上午11点申请方法：关注公众号：Park原子力显微镜 扫描网络讲座里的二维码报名 即可。

万深PhenoGA-F田间作物表型分析测量仪Instrument for Measuring plant phenotype — Model PhenoGA-F一、概述：基因型、表型和环境是遗传学研究的铁三角。表型（性状）是基因型和环境共同作用结果，而基因型与表型之间有着多重关系。研究者用测序和基因组重测序来评估等位基因差异定位数量性状等已变得很普遍，但其需大量性状数据来佐证。然而这类分析测量的结果受人员、工具和环境等的干扰很大，还会损伤到植物。故迫切需要高效、准确的万深PhenoGA-F田间作物表型分析测量仪来做可视化的精确数据分析和表型测试，如测试对压力和环境因素的表型反应、生态毒理学测试或萌发测定、遗传育种研究、突变株筛选、植物形态建模、生长研究等。二、主要性能指标：1、万深PhenoGA-F田间作物表型分析测量仪是顶视版本，在明亮的田间环境下，由顶视的超大变焦镜头自动对焦2410万像素的佳能EOS单反相机直联电脑获取植物顶视的RGB彩色图，并做自动分析。2、可获得植物在不同生长阶段的表型数据有：投影叶面积及其差异值、投影叶片长和卷曲度、叶片数、叶冠层的构型数据、精准的茎叶夹角，叶冠层随时间改变的相对生长速率、叶色平均值及其对表征的贡献评估等。可用其所配的自动测高仪来自动测量和记录作物的植株高。具有分析特性如下：1）常规分析：拍摄分析范围120cm*80cm，可变焦调小视野至30cm*20cm，适合对各类作物在60cm高度内时的表型分析。分析投影外接圆直径及面积，外周长，拟合椭圆主副轴及偏角，凸包内径、面积及周长，植株高（由便携式植株自动测高仪实现，测量误差≤±0.25cm）、宽，最小外接矩形长、宽，植株紧实度。2）顶视的表型分析：叶冠直径、叶冠层面积、叶冠层占空比、叶片分布紧密度等（冠层尺寸的测量误差≤±0.2cm），叶片数（自动计数+鼠标个别修正），叶片投影面积及其动态变化，叶片颜色，果实外观品质、花形和花色等，并可编辑。3）颜色分析：RGB、LAB颜色值，具有叶片颜色自动矫正分析特性（可按英国皇家园林协会RHS比色卡2015版来自动比色）。可按指定颜色数进行聚类分割，并统计颜色分布及面积占比。4）生长分析：作物叶冠绝对生长、相对生长曲线，相对生长趋势。5）批量化精准测量茎叶夹角或分支角（真实夹角重复测量误差≤±1.0°）。6）其它：不同生长时期自动批量化处理分析，多植株网格分析，直线、角度等几何测量，各测量结果可编辑修正。3、可接入条码枪来自动刷入样品编号，具有按条码标识跟踪分析的特性，各项分析数据和标记图片可导出。自动分析（约1个样品 /分钟）+鼠标指示测量或修正。三、标配供货清单：1、折叠式可拖带的田间表型拍摄架（重12.8kg） 1套2、夹持式电脑放置平台（重2.2kg） 1套3、自动对焦2410万像素的佳能EOS单反相机 1套4、PhenoGA-F田间作物表型分析测量仪软件U盘 1个5、PhenoGA-F田间作物表型分析测量仪软件锁 1个6、叶色色彩矫正板+尺寸自动标定板 各1块7、标定板升降支撑架 1付8、手持式条形码阅读器 1付9、分枝角测量用掌式便携背光板 1付10、激光测距仪1台/测距仪夹1付/手机固定夹1付/碳纤维2米伸缩杆1付/横向标示杆及螺钉各1个/反射垫1张（送内六角扳手1个/便携黑筒1个/卷尺1把，需手机扫测高仪的二维码下载APP登入使用）11、强光遮挡用塑料布 1张12、品牌笔记本电脑（酷睿i5 九代以上CPU/8G内存/256G硬盘/14”彩显/无线网卡，Windows 完整专业版） 1台 选配：1、可选配真正3D成像的手持式扫描仪，以获得植物真3D模型。2、可选配侧视拍摄组件，以做骨架和株形分析：骨架长度，分叉数（分枝数、分节数），茎秆分节数，分节长、粗等。3、可选配红外热成像相机（分辨率 384*288像素，测温范围-20-150℃，测温精度为最大测温范围绝对值的±2%），以测定叶温和叶温分布。4、可选配近红外成像相机(NIR)，以定性分析植物叶片水分分布情况。5、可选配RootGA根系动态生长监测分析仪，以分析植株根系的胁迫响应等。创新点：PhenoGA-F田间作物表型分析测量仪是在田间做顶视分析的版本，由顶视的超大变焦镜头自动对焦2410万像素的佳能EOS单反相机直联电脑来获取作物顶视的彩色图，进行自动分析。可获得植物在不同生长阶段的表型数据有：投影叶面积及其差异值、投影叶片长和卷曲度、叶片数、叶冠层的构型数据、精准的茎叶夹角，叶冠层随时间改变的相对生长速率、叶色平均值及其对表征的贡献评估等。可用其所配的自动测高仪来自动测量和记录作物的植株高。万深PhenoGA-F田间作物表型分析测量仪

阐明小分子（包括内源性代谢物和外源性化合物）如何发挥调控作用的关键问题之一是小分子的靶标发现和验证，即蛋白质-小分子相互作用研究。蛋白质与小分子的相互作用模式既有较稳定的共价结合，也有瞬时的弱相互作用。如何灵敏、高效地捕获并解析多种类型的蛋白质-小分子相互作用是分析难点。目前，蛋白质-小分子相互作用的分析策略大致可分为两类：一是靶向相互作用研究，以蛋白质（或小分子）为中心，发现并验证与之相互作用的小分子（或蛋白质）；二是非靶向相互作用研究，全面识别多种蛋白质-小分子的相互作用轮廓。应用的具有分析技术包括：表面等离子体共振技术（surface plasmon resonance，SPR）、氢氘交换质谱分析技术（hydrogen deuterium exchange mass spectrometry，HDX MS）、限制性蛋白水解-质谱分析技术（limited proteolysis-mass spectrometry，LiP-MS）、蛋白质热迁移分析技术（cellular thermal shift assay，CESTA）和药物亲和反应靶标稳定性分析技术（Drug affinity responsive target stability，DARTS）等。本期介绍限制性蛋白水解-质谱分析技术（LiP-MS）的原理、技术流程和其在蛋白质-小分子相互作用研究中的应用。1. 原理LiP-MS技术最初由瑞士苏黎世联邦理工学院的Paola Picotti课题组建立 [1] ：利用小分子结合蛋白后相较于原蛋白产生蛋白质空间构象和位阻的变化，经蛋白酶切后形成差异肽段，液质联用分析识别和鉴定差异肽段，基于差异肽段推测蛋白质与小分子的相互作用位点。2. 技术流程在非变性条件下提取蛋白，以保留蛋白活性和空间结构。先使用低浓度（1:100, w/w）蛋白酶K在较低温度（25℃）下短时间内（5 min）对蛋白-小分子复合物进行有限的蛋白酶切。蛋白与小分子结合后，相互作用位点存在空间位阻，从而避免被蛋白酶K切割，由此产生差异肽段。随后进行蛋白变性和胰酶酶切，蛋白质组分析识别和鉴定差异肽段，基于差异肽段所处位置预测蛋白质与小分子的相互作用位点（图1）。图1 限制性蛋白水解-质谱分析（LiP-MS）技术流程 [2]3. 试验试剂和分析仪器3.1 蛋白抽提：可依据实际目的和细胞类型选择不同的细胞/组织裂解液，如RIPA、N-PER、M-PER等，进行细胞/组织蛋白抽提，获得的细胞/组织全蛋白提取物可直接与目标小分子共孵育。3.2 蛋白酶切：关键的蛋白酶切试剂，例如蛋白酶K、胰酶等均有市售。3.3 分析仪器：目前多种类型的液相色谱-高分辨质谱联用仪均可用于蛋白质组学分析，已应用于LiP-MS的高分辨质谱仪包括，布鲁克、赛默飞、沃特世和SCIEX等品牌的飞行时间质谱、轨道阱质谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱等。4. 应用实例研究人员基于LiP-MS技术在大肠杆菌中探索多种内源性代谢物和蛋白的相互作用模式 [1]，先采用凝胶过滤法除去大肠杆菌全蛋白提取物中的内源性代谢物，获得大肠杆菌全蛋白；随后将大肠杆菌蛋白与20个中心碳代谢相关的关键内源性代谢物（三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、磷酸烯醇式丙酮酸、6-磷酸葡萄糖、果糖-1,6-二磷酸、丙酮酸、谷氨酰胺、甲硫氨酸等，见图2A）分别共孵育。基于LiP-MS流程发现，上述20个内源性代谢物可与大肠杆菌中1678个蛋白发生潜在相互作用，其中1447个相互作用是首次发现的（图2B）。作者将所发现的相互作用与在线数据库BRENDA对比（主要涉及酶的功能和代谢通路等信息），证明LiP-MS技术能够准确地识别已报道的蛋白-内源性代谢物相互作用，假阳性率低于6 %。图2 20个与中心碳代谢相关的关键内源性代谢物（图A）及其在大肠杆菌中发生相互作用的蛋白数量（图B）[1]参考文献：[1] Piazza, I., Kochanowski, K., Cappelletti, V., Fuhrer, T., Noor, E., Sauer, U., Picotti, P. A map of protein-metabolite interactions reveals principles of chemical communication. Cell, 2018, 172(1-2), 358-372.[2] Pepelnjak M, Souza N D, Picotti P. Detecting Protein–Small Molecule Interactions Using Limited Proteolysis–Mass Spectrometry (LiP-MS). Trends in Biochemical Sciences, 2020, 45(10), 919-920.