蛋白质组学在非生物胁迫中的研究进展.ppt

蛋白质组学在非生物胁迫中的研究进展蛋白质组学是继基因组研究之后的又一核心和具有广泛应用价值的学科。蛋白质组学就是对一个基因、一种生物、一种细胞或组织所表达的全部蛋白质的研究。蛋白质组学可以系统地确定细胞或组织内的每一个蛋白质的表达、蛋白质复合体的组成、蛋白质的互作关系和每一个蛋白质的丰度与被修饰的状态等。

由于同一基因组在不同细胞、不同组织中的表达情况各不相同,即使是同一细胞。在不同的发育阶段、不同的生理条件甚至不同的环境影响下,其蛋白质的存在状态也不尽相同。因此,蛋白质组是一个在空间和时间上动态变化着的整体。

植物在生长发育过程中会受到各种不利的非生物因子的影响,如重金属、高温、盐渍、干旱等。植物感受这些逆境信号后通过信号转导过程调节细胞内抗逆相关蛋白的表达,进而调整自身的生理状态或形态的改变来适应不利环境。

利用蛋白质组学的方法研究植物对这些胁迫的响应,为进一步揭示植物响应胁迫机理提供了新的途径,植物蛋白质组学研究已在许多物种中开展。
对植物发育的不同阶段、不同组织及器官、不同的细胞器以及膜的蛋白质组进行了较为系统的研究。
对胁迫条件下蛋白质组的变化也有较多的研究,对抗逆应答蛋白的鉴定、解析植物抗逆机制具有十分重要的意义。一、非生物胁迫下蛋白质组学研究一、非生物胁迫下蛋白质组学研究Ahsan等对重金属Cu、Cd胁迫下水稻萌发种子的蛋白质组学进行了研究。经0.5和1.5mMCu处理4d的水稻萌发种子有18个上调蛋白点(包括乙二醛酶I、peroxiredoxin、醛糖还原酶、DnaK型分子伴侣、UlpI蛋白酶和类受体激酶)和7个下调蛋白点(α-淀粉酶和烯醇酶)。研究认为抗氧化剂和胁迫相关蛋白的诱导可能协同作用建立新的稳态以应对Cu胁迫,而一些代谢酶的抑制不仅影响吸水还阻碍贮藏物质分解。在0.2和0.8mM镉胁迫处理的水稻萌发种子蛋白组研中,发现21个上调蛋白点与Cu胁迫诱导的相似,另有一些蛋白点如球蛋白、ATP合酶和NPR2等。砷是一种无机有毒物质,在对砷胁迫水稻根系蛋白质组学研究中发现有23个砷调节蛋白,其中S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)、GSTs、半胱氨酸合成酶(CS)、GST-tau和酪氨酸特异性蛋白磷酸酶蛋白(TSPP)为砷胁迫上调蛋白。
CS还受H2O2的调节,说明CS的表达被砷或砷诱导的氧化胁迫调节。因GST-omega仅被砷诱导而不被亚硝酸盐、铜或铝诱导,推测它在砷胁迫中起特殊作用。

研究大豆镉胁迫的应答蛋白，Sobkowiak等将悬浮培养的大豆细胞置于不同浓度的镉和35S-标记的蛋氨酸中，并设置三个不同的时间段，然后从细胞中提取蛋白进行SDS-PAGE,CBB染色，新合成的35S-标记的蛋白通过自显影检测分析。挑取蛋白条带进行LCESI-Q-TOFMS分析后，共鉴定出12个蛋白，其中，8个与抗氧化防御机制有关，一个被鉴定为过氧化物歧化酶[Cu-Zn],另外7个被鉴定为谷胱甘肽-S-转移酶。
过氧化物歧化酶[Cu-Zn]表达量的提高，表明镉胁迫导致了细胞活性氧的产生。

为研究Al-耐受植物的防御机制，Zhen等采用经典的2-DE以及MALDI-TOFMS技术，共鉴定出30个Al-耐受相关蛋白。
其中，HSPs家族蛋白是在Al胁迫下新诱导出来的，这表明热激蛋白可能起保护大豆根细胞，防止其降解和变性的作用；
半胱氨酸合成酶也暂时增加，表明其在适应Al胁迫中也起到了关键的作用。

2、高温胁迫响应蛋白质组研究Lee等分析了经42℃处理12h和24h水稻幼苗叶片热激蛋白。1000个可重复蛋白质点中有73个出现差异表达,结果表明一批低分子量的小热激蛋白被诱导,其中低分子量的线粒体sHSP采用Westernblotting进一步验证。在mRNA水平上分析了4个差异积累的与抗氧化酶相关的蛋白点,但蛋白丰度与基因表达并不完全相关。
这些结果说明植物以复杂的方式对热胁迫产生应答,而HSPs在复杂的细胞网络中起到主导作用。
Ahsan等应用比较蛋白质组学方法研究大豆幼苗在高温下组织特异性蛋白的表达模式，对暴露于高温中的大豆幼苗的叶、茎和根的蛋白质表达谱的变化进行了分析，在热处理下叶，茎，根分别有54，35和61个蛋白点表达差异。差异表达热休克蛋白（HSPs）和抗氧化的蛋白质大部分是上调表达，而与光合作用、次生代谢及氨基酸和蛋白质合成相关的蛋白表达量下调，低分子质量的HSPs和HSP70在所有组织中上调表达，蛋白质组学分析及免疫印迹分析表明HSP70、CPN-60β和ChsHSP的应答具有组织特异性。
这些结果表明，为了应对高温胁迫，大豆幼苗进行了组织特异性的应答调节，组织特异性蛋白质可能在特定组织对应热胁迫应答中起到至关重要的作用。

在小麦的生育期特别是灌浆期时高温将会影响蛋白质的合成及蛋白质组分，进而影响