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分子植物育种
(
网络版
)
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online)
1009
种：一是着重研究不同生长状态或病理情况下蛋白
质的差异表达情况，进而揭示细胞对生物胁迫或非
生物胁迫的生理和病理状态进程、调控机制等，同
时获得对某些关键蛋白的定性和定量分析；二是采
用高通量的蛋白测序及相关技术阐明某特定生物
体、组织、甚至是细胞器内尽可能多的蛋白质
以了
解其发育特征
(Hakeem et al., 2012; Colmsee et al.,
2012; Que et al., 2011;
刘艳艳
, 2009)
。因此，蛋白
质组学技术是目前解析植物应答各种胁迫
(
包括非
生物或病菌侵染等在内的各种胁迫
)
的分子机制的
有力工具
(Yang et al., 2011 b)
。
大豆可天然固氮和碳，为动物和人类提供营养
所需的植物脂肪和蛋白，同时还可兼作饲料和生物
能源，是重要的粮油兼用型作物
(Thelen and
Ohlrogge, 2002; Bhushan et al., 2007)
。然而，一些生
物胁迫或非生物胁迫致使大豆减产，如病原菌侵
染，以及水淹、干旱和盐碱化等
(Ohyanagi et al.,
2012 )
。为选育耐淹、耐旱、耐盐和抗病突变体，
蛋白质组学因其可以分离和鉴定出参与某特定生
物学过程的各种差异表达蛋白而成为研究热点
(Ohyanagi et al., 2012 )
。
如
Yang
等人对花叶病毒侵染的大豆和模拟接
种的大豆进行差异蛋白组学分析，结果显示：分离
并鉴定的
25
个大豆花叶病毒诱导表达的蛋白主要
涉及蛋白质降解
(degradation)
、防御信号途径
(defense signal pathway)
、活性氧爆发
(reactive
oxygen)
、细胞壁增厚
(reinforcement)
，以及能量代
谢 和 调 节
(metabolism regulation)(Yang et al.,
2011a)
。
Oehrle
等利用双向电泳对大豆的根瘤进
行蛋白组分析，结果显示，鉴定到的蛋白质按功
能分主要涉及四大类：第一类是碳代谢
(carbon
metabolism)
相关蛋白；第二类是氮代谢
(nitrogen
metabolism)
相关蛋白；第三类是活性氧代谢
(reactive oxygen metabolism)
相关蛋白；第四类是膜
泡运输
(vesicular trafficking)
相关蛋白。尤其是膜泡
运输相关蛋白的多个、大量表达预示着大分子物质
运输和膜蛋白交换活动在根瘤中非常活跃地进行
着
(Oehrle et al., 2008)
。
Ahsan
研究小组对不同发育时期大豆的叶片
和花蛋白进行分析和鉴定，得到
26
种不同的叶器
官特性蛋白质；再结合免疫共沉淀结果显示，分子
伴侣
60
、热激蛋白
70
和
ATP
合酶在组织中持续
表达；花器官特异表达的
20
多个蛋白点按功能分
主要涉及线粒体蛋白的运输和装配
(transport and
assembly)
、次生产物代谢
(secondary metabolism)
和
花粉管发育
(pollen-tube growth)
相关蛋白
(Ahsan et
al., 2009)
。
Ahsan
还研究了臭氧胁迫下叶片总蛋白
组和叶绿体蛋白组，高含量的活性氧和脂氧化酶测
定结果显示：臭氧胁迫诱导的蛋白表达调节发生在
伤害症状呈现之前。双向电泳分离、质谱鉴定到的
30
个差异表达蛋白主要涉及光合作用，包括光系统
I
、光系统
II
和碳同化相关蛋白的下调表达。淀粉
含量下降和蔗糖含量上升，预示臭氧胁迫引起光合
作用途径中三羧酸循环的碳分配的改变
(Ahsan et
al., 2010)
。
有趣的是，
Yamaguchi
和
Komatsu
两个研究小
组在大豆应答水淹胁迫时对木质素的调节意见相
左。
Yamaguchi
对苗期
(
营养生长
2
期
)
大豆初生根蛋
白组研究表明，水淹胁迫
(water stress, flooding stress,
或
waterlogging stress)
下根伸长受抑制的原因主要
是一些异黄酮类物质代谢上调后，引起木质素上调
表达
(up-regulated)
以保护根免受氧化损伤，但木质
素积累却抑制了根的伸长生长
(Yamaguchi et al.,
2010)
；而
Komatsu
等对萌发
2 d
再水淹处理
2 d
后的大豆根和子叶下胚轴细胞壁蛋白质组进行分
析，结果表明：脂氧合酶
(lipoxygenases)
、萌发素
(germin-like protein)
和糖蛋白
(glycoprotein)
的前体
(precursors)
，以及一种超氧化物歧化酶
(superoxide
dismutase [Cu-Zn])
均呈下调表达状态。通过活性氧
和茉莉酸甲酯的下调表达导致了大豆幼苗根部的
木质素下调表达
(downregulation)
，以使大豆根组织
免受水淹的伤害
(Komatsu et al., 2010)
。
基因虽然决定了生物体主要的遗传性状，但其
相应的蛋白质组具有时空表达特异性。利用基于双
向电泳凝胶的蛋白质组学分析的高效性和准确性
依赖于分离效果好的
2
-
D
凝胶图，如果近似分子
量或等电点的蛋白质重叠在一个点上，那即使挖取
2
倍差异表达蛋白点测序结果也可能是多样而不
确定的。因此，分离效果好的
2
-
DE
凝胶图获取是
蛋白质组研究的必要和首要条件。本研究小组经多
次试验，已建立了分离效果好的大豆根、茎、叶总
蛋白双向电泳方法，为后期的大豆差异蛋白质组学
研究奠定了基础。同时初步分析了本试验条件下大
豆根、茎、叶蛋白质特点，包括分子量和等电点基
本特征。
分子植物育种
F
enzi Zhiwu Yuzhong