一种新开发的方法使研究团队能够分析和比较各种类型的蛋白质和蛋白质复合物，揭示了一个未发现的分子特征，解释了在细胞周期中如何调控蓝藻基因组。该方法在一篇名为《pyMS-Vis，一个用于可视化和研究解卷积自上而下质谱实验的开源Python应用程序：组蛋白蛋白质形式案例研究》的近期出版物中详细介绍，发表于2024年的期刊分析化学。
该研究是一个协作努力，包括如杰姆斯·乌门博士、丹福斯植物科学中心的成员和主要研究员；吉姆·佩萨文托博士，加州圣玛丽学院的副教授；周牟维博士，来自浙江大学的求是学者；以及利丽安娜·帕萨-托利奇博士，位于华盛顿州里奇兰的能源部环境与分子科学实验室的视觉蛋白组学首席科学家等专家。
乌门实验室因其对蓝藻细胞向不同性类型的增殖和分化的广泛研究而闻名。佩萨文托专注于质谱学，重点在于生物分子的精确识别和定量。他的关键专长是一个重要的蛋白质组，称为组蛋白，这些蛋白质在所有有核细胞的生物中包装DNA，包括植物、蓝藻和人类。组蛋白不仅将DNA压缩成染色质，还会通过化学修饰创建标记，这些标记标示基因位置并调控它们的表达。这些化学标签提供了附加的信息层，称为表观基因组，与修饰的DNA相关联。
在这个研究领域的一个重大挑战是辨别组蛋白上的具体化学变化、它们在蛋白质上的位置，以及这些变化是否是动态的——根据某些条件被添加或移除。尽管使用了先进的质谱设备和软件，但各种组合的可能性复杂化了这一任务。此外，每个生物类群，如植物和绿藻，似乎都有自己独特的“组蛋白密码”，因此解码这种语言对于开发具有理想特性的改良品种至关重要。
虽然市场上存在一些用于分析组蛋白修饰的商业软件，但没有任何软件能够有效处理整个组蛋白蛋白质的修饰。认识到这一空白，佩萨文托旨在通过创建一个开源软件工具pyMS-Vis来自动化冗长的识别组蛋白修饰的过程，以造福研究蓝藻组蛋白和该领域其他研究者。
“这一倡议开始于与圣玛丽学院的乌达扬·达斯博士的合作，我们共同指导了一名本科生梅根·宾德拉，参加了2022年圣玛丽学院的本科生暑期研究计划，”佩萨文托解释道。“我们取得了显著的进展，宾德拉在次年的专业会议上展示了我们的发现（2023年）。国家科学基金会对我在圣玛丽学院的小实验室的资助与来自不同科学背景的合作者的奉献是这一出版物成功的关键。”
为验证该方法，佩萨文托利用了乌门实验室从细胞在不同细胞分裂周期阶段准备的组蛋白样本。这使他们能够研究在进行DNA复制时细胞中的组蛋白标记发生了怎样的变化，与没有复制DNA或进行分裂的细胞生长时相比。使用pyMS-Vis，他们能够快速分析数据，并发现一个之前未预料到的重要特定组蛋白亚型群体，该群体缺乏在几乎所有该亚型组蛋白上认为存在的化学标记。
“通过pyMS-Vis，我们能够观察到以前难以检测的组蛋白动态，为更深刻理解蓝藻基因表达铺平了道路，”乌门表示。“这种增强的理解对于将蓝藻发展为能够持续表达有利特征（如更高的油产量或有价值产品）的可行作物物种至关重要。”
