厦门大学海洋蛋白质组学研究组 Group Of MarineProteomics

近年来，人们已经意识到微生物在自然界中的重要作用，它们是生态系统中各种元素循环不可或缺的一环，这些微生物大多具有许多独特的生物功能，如有些微生物对各种复杂有机化合物有降解作用，有些微生物可以在一些极端环境下生存等等，而使微生物具有这些独特功能的是一些特殊的酶。众所周知，大多数酶的化学本质是蛋白质，因此对不同自然生态环境中所有的蛋白质的研究就显得特别重要，宏蛋白质组学就是在这种背景下诞生的。

1994年，澳大利亚Macquarie大学的Wilkins和Willhams提出了蛋白质组(Proteome)的概念，即一个基因组所表达的所有蛋白质，或细胞、组织或机体在特定时空所表达的全部蛋白质(Graves and Haystead, 2002)。2004年，Rodriguez-Valera根据宏基因组学的概念提出了宏蛋白质组(Metaproteome，或称元蛋白质组学)，指环境混合微生物群落中所有生物的蛋白质组总和(Rodríguez-Valera, 2004)。

环境微生物仅有一小部分可培养，其余大多数为未培养微生物(Schloss and Handelsman, 2003)。极端环境微生物也将是宏蛋白质组学的重要研究领域之一。微生物在极端环境中的生存及功能发挥都涉及到一些特殊的酶，传统的纯培养技术在极端环境微生物的研究中有很大的缺陷，利用宏蛋白质组学技术对极端环境中总蛋白质进行研究，有利于发现一些有特殊功能的蛋白质，揭示极端环境的形成及其特殊的代谢途径(Ram et al., 2005)。

宏蛋白质组的研究可以很快地发现一些环境中高表达的蛋白质，其中很多蛋白质具有重要的生物学功能，并且具有工业应用的价值。在环境变动的时候，其环境中微生物群落所表达的蛋白质可能有很大的变化，蛋白质组学可以提供实时状况下环境功能的信息，极大丰富人类对自然界的认识。宏蛋白质组学作为一种新兴的研究概念和技术，必将在环境微生态功能的研究的中发挥其越来越大的作用。

2005年，Kan 等首次尝试将宏蛋白质组技术应用到复杂的海洋现场微生物样品研究，虽然鉴定到的蛋白质数目寥寥可数,但开启了海洋宏蛋白质组学研究的新篇章(Kan et al., 2005)。本实验室王大志老师在2014年发表的一篇综述中明确提到宏蛋白质组学提供了复杂系统生理和代谢活动的直接证据及其在海洋生态系统研究中显示了其强大的潜力(Wang et al., 2014)。在国家自然基金委杰出青年科学基金“海洋环境宏蛋白质组学”项目资助下，本课题组使用宏蛋白组技术揭示了海洋东海原甲藻藻华期间主要的微生物菌体及其代谢活动(Li et al., 2018)以及针对海洋病毒浓缩物的宏蛋白质组学揭示了南海贫营养深层叶绿素最大层中的关键病毒种群(Xie et al., 2018)。我们的研究表明，宏蛋白质组学为探索群落的多样性和结构以及自然环境中与微生物相关的关键生物学功能提供了宝贵的途径。

Graves, P.R., and Haystead, T.A.J.M.M.B.R. (2002). Molecular biologist's guide to proteomics. 66, 39-63.

Kan, J., Hanson, T.E., Ginter, J.M., Wang, K., and Chen, F.J.S.s. (2005). Metaproteomic analysis of Chesapeake Bay microbial communities. 1, 7.

Li, D.X., Zhang, H., Chen, X.H., Xie, Z.X., Zhang, Y., Zhang, S.F., Lin, L., Chen, F., and Wang, D.Z.J.E.m. (2018). Metaproteomics reveals major microbial players and their metabolic activities during the blooming period of a marine dinoflagellate Prorocentrum donghaiense. 20, 632-644.

Ram, R.J., VerBerkmoes, N.C., Thelen, M.P., Tyson, G.W., Baker, B.J., Blake, R.C., Tomanek, L. (2011). Environmental Proteomics: Changes in the Proteome of Marine Organisms in Response to Environmental Stress, Pollutants, Infection, Symbiosis, and Development. 3, 373-399.

Shah, M., Hettich, R.L., and Banfield, J.F.J.S. (2005). Community proteomics of a natural microbial biofilm. 308, 1915-1920.

Rodríguez-Valera, F.J.F.M.L. (2004). Environmental genomics, the big picture? 231, 153-158.

Schloss, P.D., and Handelsman, J.J.C.o.i.b. (2003). Biotechnological prospects from metagenomics. 14, 303-310.

Wang, D.Z., Xie, Z.X., and Zhang, S.F. (2014). Marine metaproteomics: current status and future directions. 97, 27-35.

Xie, Z.X., Chen, F., Zhang, S.F., Wang, M.H., Zhang, H., Kong, L.F., Dai, M.H., Hong, H.S., Lin, L., and Wang, D.Z.J.E.m. (2018). Metaproteomics of marine viral concentrates reveals key viral populations and abundant periplasmic proteins in the oligotrophic deep chlorophyll maximum of the South China Sea. 20, 477-491.