蛋白质组学在植物科学研究中的进展

程彦伟,李建友,姜爱良,等.蛋白质组学在植物科学研究中的进展[J].江苏农业科学,2010(1):17-20.

蛋白质组学在植物科学研究中的进展

程彦伟1,2,李建友2,姜爱良2,齐耀程2,朱　倩2,赵　昕2,张　炜2

(1.洛阳师范学院生命科学系,河南洛阳471022;2.南京农业大学生命科学学院,江苏南京210095)

摘要:蛋白质组学是后基因组时代出现的一个新兴研究领域。随着模式植物拟南芥和水稻基因组测序完成,蛋白质组学已被广泛应用于植物研究的各个领域。本文综述了蛋白质组学在植物发育、逆境胁迫以及亚细胞水平的研究进展。

关键词:蛋白质组学;亚细胞水平;植物生长发育;逆境

中图分类号:Q946.1 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2010)01-0017-04

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近年来,随着模式植物拟南芥和水稻基因组测序完成,植物基因组研究己转入到功能基因组。目前一些研究功能基因组的新方法和试验技术体系如c D N A微阵列、D N A芯片、基因表达系统分析(s e r i a l a n a l y s i s o f g e n ee x p r e s s i o n,S A G E)和基因敲除(g e n e k n o c k o u t)均能有效分析大量基因的表达和功能模式,并取得了很大进展。但是基因功能的实现最终是以蛋白质形式体现的,核酸水平上的变化并不能确切反映其最终功能行使产物———蛋白质的变化;进一步而言,多种蛋白质合成之后要经过一定修饰(信号肽的切除、磷酸化修饰、糖基化修饰),以及亚细胞定位后才能发挥其功能[1]。因此有必要从蛋白质组水平上以及亚细胞水平上对细胞某一功能的实现机理进行研究。

1　蛋白质组学在植物发育中的应用

1.1　种子形成及萌发过程中的蛋白质组学研究

种子形成及萌发过程中,涉及到大量蛋白质的变化。前人已利用2-D电泳方法研究了大麦种子发育期间蛋白质组的变化。结果表明一些蛋白质如苹果酸脱氢酶在整个发育过程中均有表达,而其他蛋白质如抗坏血酸过氧化物酶和冷调节蛋白C o r14b分别与灌浆早期或成熟干燥阶段有关。

收稿日期:2009-05-20

基金项目:国家自然科学基金(编号:30400030);教育部新世纪优秀人才支持计划(编号:N C E T-05-0494)。

作者简介:程彦伟(1975—),男,河南清丰人,博士,讲师,主要从事植物逆境蛋白质组学研究。E-m a i l:c y w z t g@126.c o m。C o r14b蛋白质在种子成熟前干燥阶段出现,在成熟种子中含量最多,但在种子发芽期间降解,说明这个蛋白质在种子耐干性上具有一定作用。最值得关注的是发育过程中低分子量α-淀粉酶或胰蛋白酶抑制剂、丝氨酸蛋白酶抑制剂和参与抗氧化胁迫保护的酶大量积累。在整个灌浆时期α-淀粉酶或胰蛋白酶抑制剂表达量增加,而糜蛋白酶出现在发育晚期,这些抑制剂可能能够保护种子免遭昆虫危害[2]。

1.2　植物个体发育过程中的蛋白质组学研究

叶片是高等植物光合作用和蒸腾作用的主要位置,其功能的行使是植物产量和品质形成的重要基础。对水稻6个不同发育时期叶片蛋白质表达模式进行研究的结果表明,有49个蛋白质点在不同时期发生显著变化,质谱分析和数据库检索结果表明,中高丰度表达蛋白质随着水稻的生长,其累积量会稍微下降,而一些抗氧化蛋白质的累积量更是在水稻成熟早期显著降低[3]。

根在植物中行使多种重要功能,包括水分和营养吸收,合成氨基酸、植物碱、有机氮和植物激素等。Z h o n g等分离了水稻根中的蛋白,用考马斯亮蓝染色后得到292个蛋白点, 42个蛋白得到鉴定[4]。K o l l e r等结合2-D E和M u d P I T2种方法研究水稻根、叶和种子中的蛋白,一共发现了2528个不同的水稻蛋白,其中叶片蛋白1022个、根蛋白1350个[5]。目前,关于根发育过程中的细胞蛋白质组学已有相关研究,并鉴定到了多种蛋白质。这些蛋白质分别参与能量代谢、次生代谢、病害抵抗、贮藏、转运、信号传导、蛋白质合成、细胞结构形成以及细胞生长和分裂等过程[6-7]。相关结果还表明,发育

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江苏农业科学　2010年第1期DOI:10.15889/j.issn.1002-1302.2010.01.017