（植物学专业论文）小立碗藓（physcomitrella+patens）非生物胁迫蛋白质组学研究.pdf

摘要 苔藓植物具有相对简单的发育模式，单倍体的配子体在其生活史中占主导地 位，作为研究植物生物学过程的模式系统具有诸多的优越性。苔藓植物小立碗藓 能够高效地通过同源重组的方式将外源d n a 整合到其核d n a ，这就使得基因打靶在 此物种中就像在小鼠胚胎干细胞和酵母中一样成为一种非常便利的技术。小立碗 藓已成为植物生物学和功能基因组学研究的理想的模式系统。 干旱、盐渍和低温是影响植物生长发育和限制作物产量的不利的环境因子。 植物适应环境胁迫有多种水平如分子和细胞水平以及生理生化水平，但其本质却 是分子水平的基因时空表达与调控。非生物胁迫诱导基因的大量表达，这些胁追 诱导基因的蛋白产物通常会积累以应对不良的环境条件，这些蛋白质的功能及其 表达调控机制是目前胁迫生理学研究的重要主题。 小立碗藓( p h y s c o m i t r e l l a p a t e n s ) 具有很强的抗旱、抗冷和抗盐胁迫的能力。 本论文采用高分辨率的蛋白质双向电泳分离技术和高通量的蛋白质质谱分析技 术以及生物信息学等手段，开展小立碗藓低温、盐渍和脱水胁迫比较蛋白质组学 研究，探讨小立碗藓应答逆境胁迫信号相关蛋白质及其网络调控机制，对阐明植 物的抗性机理具有重要的理论意义和实践意义。 我们分别构建了小立碗藓低温、盐渍和脱水胁迫蛋白质组表达谱。并对2 2 6 个目的蛋白点进行了l c m s m s 质谱分析和数据库检索鉴定，其中1 8 9 个蛋白质 得到了鉴定，鉴定成功率为8 3 6 。根据它们功能可以分为1 2 种不同的类别，其 中绝大多数为能量产生和代谢以及抗性相关的蛋白质。研究获得以下结果： 1 小立碗藓茎叶体o 处理0 ，2 4 ，4 8 ，7 2 小时后，鉴定了4 9 个差异表达 蛋白。其中1 6 个蛋白表达量下调，2 5 个蛋白表达量上调，4 个蛋白为诱导蛋白。 这些蛋白根据它们的功能分为1 0 种，包括抗性、光合作用、物质和能量代谢、 细胞生长分裂和细胞骨架、信号传导相关蛋白等。用定量p c r 分析结果表明， 蛋白质和m r n a 没有很好的相关性，因而m r n a 水平的研究不能代替蛋白质的 研究。 2 生长三周的小立碗藓茎日t - 体o m m ，2 5 0 r a m ，3 0 0 m m ，3 5 0 m mn a c l 处理7 2 小时，鉴定t 6 7 个差异表达蛋白质。这些蛋白质主要有与能量和物质代谢相关的 蛋白质例如3 磷酸甘油醛脱氢酶、果糖激酶、磷酸核酮糖激酶、质体蓝素、景天 庚酮糖1 ，7 - 二磷酸酶、谷氨酸合成酶等，与信号传导及抗性相关蛋白例如向光 蛋白、1 4 3 3 蛋白、盐诱导蛋白、p r o l i n 。r i c h 蛋白、l i p o c a l i n 1 i k e 蛋白、铁氧还蛋 白过氧化物酶、2 一半胱氨酸铁氧还蛋白过氧化物酶、病原相关蛋白及大量热激蛋 白的表达等。实验结果说明，在盐渍胁迫对植物组织的代谢活动有很大的影响， 并启动了多种抗性途径来适应逆境胁迫。我们的研究为阐明植物对盐渍胁迫的机 理提供了新的洞察力。 3 小立碗藓在脱水胁追下。细胞形态和蛋白质表达发生了很大的变化，7 3 个差异表达蛋白被鉴定。细胞骨架蛋白如a 微管蛋白、1 3 微管蛋白及肌动蛋白下 调引起细胞形态的变化。能量和物质代谢相关的蛋白质例如3 一磷酸甘油醛脱氢 酶、转酮酶、烯酰c o a 水合酶、酮酸还原异构酶、枯草杆菌蛋白酶、黑芥子酶 等的上调说明了代谢活性的增强。在脱水状况下信号及抗性相关蛋白如蛋白激 酶、i a a a u x 蛋白、脱水蛋白、铁蛋白、铁氧还蛋白过氧化物酶、2 一半胱氨酸 铁氧还蛋白过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶等也大量表达。我们的研究结果表 明，在脱水胁迫下植物体适应机制是多方面的、是多个蛋白协同作用的，是一个 复杂的调控网络。 本研究首次用蛋白质组学方法解析了小立碗藓在低温、盐渍及脱水条件下蛋 白质组的变化情况，鉴定了一些有价值的蛋白质，为更好的理解植物逆境胁迫机 理提供了新的证据。 关键词：小立碗藓，蛋白质组，双向电泳，质谱，低温胁迫，盐渍胁迫，脱水 i l a b s t r a c t t h ep o t e n t i a lo fm o s sa sam o d e ls y s t e mt os t u d yp l a n tb i o l o g i c a lp r o c e s si s a s s o c i a t e dw i t ht h e i rr e l a t i v e l ys i m p l ed e v e l o p m e n t a lp a t t e r na n dt h ed o m i n a n c eo f t h eh a p l o i dg a m e t o p h y t ei nt h el i f ec y c l e t h em o s sp h y s c o m i t r e l l ap a t e n se x h i b i t sa v e r yh i 班r a t eo fh o m o l o g o u sr e c o m b i n a t i o ni n i t sn u c l e a rd n a ，m a k i n gg e n e t a r g e t i n ga p p r o a c h e si nt h i sp l a n ta sc o n v e n i e n ta si ny e a s t o ri ne sc e l l so f m i c e t h e m o s sp h y s c o m i t r e l l ap a t e n sh a sb e e na na t t r a c t i v em o d e ls y s t e mf o rp l a n tb i o l o g ya n d f u n c t i o n a lg e n o m ea n a l y s i s d r o u g h t ，h i 曲s a l i n i t y , a n dl o wt e m p e r a t u r ea r ea l le a a v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n st h a t h a v ea na d v e r s ee f f e c to nt h eg r o w t ho fp l a n t sa n dt h ep r o d u c t i v i t yo fc r o p s p l a n t s h a v ea d a p t e dt or e s p o n dt ot h e s es 枉c s s e sa tt h em o l e c u l a ra n dc e l l u l a rl e v e l sa sw e l l a sa tt h ep h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a ll e v e l s ，b u tt h en a t u r eo ft h em e c h a n i s mi s c o n t r o l e db yg e n ea n dp r o t e i ne x p r e s s i o na tt h em o l e c u l a rl e v e l e x p r e s s i o no fa v a r i e t yo fg e n e si si n d u c e db yt h e s es t r e s s e si nv a r i o u sp l a n t s t h ep r o t e i np r o d u c t so f s t r e s s i n d u c e dg e n e so f t e na c c u m u l a t ei nr e s p o n s et ou n f a v o r a b l ec o n d i t i o n s t h e f u n c t i o n so ft h e s ep r o t e i n sa n dm e c h a n i s m st h a tr e g u l a t et h e i re x p r e s s i o na r e c u r r e n t l yac e n t r a lt o p i co f r e s e a r c hi ns t r e s sp h y s i o l o g y p h y s c o m i t r e l l ap a t e n sh a sh i g ht o l e r a n c ea g a i n s tc o l d ，s a l t ya n dd e h y d r a t i o n s t r e s s e s c l a s s i c a lp r o t e o m i ca p p r o a c h e si n c l u d i n gh i 曲r e s o l u t i o nt w o - d i m e n s i o n a l e l e c t r o p h o r e s i s( 2 - d e ) ，l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y - t a n d e m m a s s s p e c t r o m e t r y ( l c m s m s ) a n db i o i n f o r m a t i c st e c h n i q u e w e r eu s e di n t h i sp r e s e n t a t i o n c o m p a r a t i v ep r o t e o m i c so ft h ep h y s c o m i t r e l l ap a t e n su n d e rt h ec o l d ，s a l ta n d d e h y d r a t i o ns t r e s sw e r es t u d i e du s i n gt h i ss t r a t e g y , i no r d e rt oi d e n t i f ys o m ea b i o t i e r e s p o n s i v ep r o t e i n sa n du n d e r s t a n dt h e i ri n t r i c a t ec o n t r o l l i n gn e t w o r k t h e s es t u d i e s c o n t r i b u t en e we v i d e n c ef o re l u c i d a t i n gt h em e c h a n i s mo f s t r e s sa n dw o u l db e n e f i tt o b o t hp r o d u c t i o na n dt h e o r y p r o t e o m em a p sw e r ec o n s t r u c t e df o rt h ep h y s c o m i t r e l l ap a t e n sg a m e t o p h o r e s u n d e rt h ec o l d ，s a l ta n dd e h y d r a t i o ns t r e s s t o t a l l y ，2 2 6p r o t e i n sw e r ea n a l y z e d i i 】 t h r o u 咖l c m s m sa n dd a t a b a s es e a r c h i n g a m o n gt h e m 18 9 p r o t e i n sw o r e i d e n t i f i e d t h es u c c e s sr a t i oo fp r o t e i ni d e n t i f i c a t i o nw e s8 3 6 t h ei d e n t i f i e d p r o t e i n sc o u l db es o r t e di n t o1 2f u n c t i o n a lc a t e g o r i e s m o s to ft h e mi n v o l v e di n e n e r g yp r o d u c t i o na n dp r i m a r ym e t a b o l i s mp r o c e s s e s i na d d i t i o n ，m a n yd e f e n s e p r o t e i n sw e r ea l s oa m o n gt h e m t h er e s u l t sa r ef o l l o w s ： 1 t h r e e - w e e k - o l dp h y s c o m i t r e l l ap a t e n sg a m e t o p h o r e sw e r et r e a t e da t0 cf o r0 ， 2 4 4 8a n d7 2 h ，f o r t y - n i n ep r o t e i n ss p o t ss h o w e ds i g n i f i c a n tc h a n g e si na b u n d a n c e d u r i n gt h ec o l ds t r e s sa n dw o r ei d e n t i f i e d s i x t e e np r o t e i ns p o t sw e r ed o w n - r e g u l a t e d ， t w e n t y - f i v ew o r eu p r e g u l a t e d , a n df o u rw o r ed e t e c t e do n l yi nt h eg e l so ft h et r e a t e d p l a n t s t h e s ep r o t e i n sw o r eg r o u p e di n t ot e nc a t e g o r i e st h a ti n c l u d e dd e f e n c er e s p o n s e ， p h o t o s y n t h e s i s ， m a t e r i a l m e t a b o l i s m ,e n e r g y m e t a b o l i s m p a t h w a y ， c e l l g r o w t h d i v i s i o na n dc y t o s k e l e t o n , s i g n a lt r a n s d u c t i o n ，a n ds eo n g e n ee x p r e s s i o n a n a l y s i sb yq u a n t i t a t i v er e a l - t i m ep c rs h o w e dt h a tt r a n s c r i p tl e v e l sp r o v i d el i t t l e p r e d i c t i v ev a l u ew i t hr e s p e c tt ot h ee x t e n to fp r o t e i ne x p r e s s i o n t h e r e f o r e ，t h es t u d y o f t r a n s c r i p tl e v e l sc o u l d n o tr e p l a c et h a to f p r o t e i nl e v e l s 2 t h r e e w e e k - o l dp h y s c o m i t r e l l ap a t e n sg a m e t o p h o r e sw e r et r e a t e dw j 也o m m 2 5 0 m m ，3 0 0 r a m ，3 5 0 m mn a c lf o r7 2 h s i x t y s e v e np r o t e i n ss h o w e ds i g n i f i c a n t c h a n g e si na b u n d a n c ed u r i n gt h es a l ts t r e s sa n dw e r ei d e n t i f i e d t h ep r o t e i n sa r e i n v o l v e di nm a t e r i a la n de n e r g ym e t a b o l i s mp a t h w a ys u c ha sg l y c e r a l d e h y d e s 3 - p h o s p h a t ed e h y d r o g e n a s e ， f r u c t o k i n a s e l i k e p r o t e i n ，p h o s p h o r i b u l o k i n a s e ， p l a s t o c y a r t i n ，s e d o h e p t u l o s e - 1 ，7 - b i s p h o s p h a t a s e ，g l u t a m i n es y s t h e t a s e t h e r e a r e m a n ys i g n a l i n ga n dd e f e n s ep r o t e i n s ，s u c h a s p h o t o t r o p i n ，1 4 3 3 一l i k ep r o t e i n ， p r o b a b l es a l t i n d u c i b l ep r o t e i n ，p u t a t i v ep r o l i n e - r i c hp r o t e i n , l i p o c a l i n l i k ep r o t e i n ， p e r o x i r e d o x i n ，2 - c y sp e r o x i r e d o x i n ，i n t r a c e l l u l a rp a t h o g e n e s i s r e l a t e dp r o t e i n l i k e p r o t e i na n dh s pp r o t e i n t h e s es u g g e s t e dt h a tt h em e t a b o l i s mw a sa f f e c t e dg r e a t l y a n di n d u c e dav a r i e t yo fd e f e n s ep a t h w a yt oa d a p tt os t r e s s o u rs t u d yg i v e sn e w i n s i g h t si n t os a l ts t r e s sr e s p o n s ei np l a n t s 3 t h ec e l lm o r p h o l o g ya n dp r o t e i ne x p r e s sw e r ec h a n g e du n d e rt h ec o n d i t i o no f d e h y d r a t i o n s e v e n t y t h r e ep r o t e i n ss h o w e ds i g n i f i c a n tc h a n g e si na b u n d a n c ed u r i n g t v t h ed e h y d r a t i o ns t r e s sa n dw e r ei d e n t i f i e d t h ea l p h a - t u b u l i n ，b e t a - t u b u l l na n da c t i n w e r ed o w n - r e g u l a t e d t h i sr e s u l t e di nt h ec h a n g eo fc e l lm o r p h o l o g y t h ep r o t e i n s a r ei n v o l v e di nm a t e r i a la n d e n e r g y m e t a b o l i s m p a t h w a y s u c ha s g l y c e r a l d e h y d e 一3 - p h o s p h a t ed e h y d r o g e n a s e ，t r a n s k e t o l a s e - l i k ep r o t e i n ，e n o y l c o a h y d r a t a s el i k ep r o t e i n ，k e t o l a c i dr e d u c t o i s o m o r a s e , s u b t i l i s i n - l i k ep r o t e a s e - l i k e p r o t e i n ，m y r o s i n a s e a s s o c i a t e dp r o t e i n t h eu p - r e g u l a t i o no ft h e s ep r o t e i n ss u g g e s t e d ah i 曲m e t a b o l i ca c t i v i t y t h e r ea l em a n ys i g n a l i n ga n dd e f e n s ep r o t e i n s ，s u c ha s p r o t e i nk i n a s e - l i k ep r o t e i n ，i a a a u xp r o t e i n ，d e h y d r i n s , f e r r i t i n ，p e r o x i r e d o x i n ， 2 - c y sp e r o x i r e d o x i n , a s c o r b m ep e r o x i d a s e ，w e r ea l s oa b u n d a n tu n d e rt h et h e c o n d i t i o no f d e h y d r a t i o n t h i ss t u d yi n d i c a t e d t h a tt h e d e h y d r a t i o na d a p t i v e m e c h a n i s m si sc o n t r o l l e db yai n t r i c a t en e t w o r k w ef i r s ta p p l i e dp r o t e o m em e t h o dt os t u d yt h ep r o t e i n se x p r e s s i o np a t t e r no f t h e p h y s c o m i t r e l l ap a t e n sg a r n e t o p h o r e su n d e rt h ec o l d ，s a l ta n dd e h y d r a t i o ns t r e s s v a l u a b l ei n f o r m a t i o no fs o m ep r o t e i n sw a sa c q u i r e d t h i sw o u l dc o n t r i b u t et ot h e u n d e r s t a n d i n go f t h et h em e c h a n i s m so f e n v i r o n m e n ts t r e s si np l a n t s ， k e yw o r d s ：p 姆s c o m i t r e l l ap a t e n s ，p r o t e o m e ，t w o d i m e n s i o n a le l e t r o p h o r e s i s m a s s s p e c t r o m e t r y , c o l ds t r e s s ，s a l ts t r e s s ，d e h y d r a t i o n v 缩写 2 d e a b a a d a p x a r f a ：r p a u x b b t i b d b r b z i p c a d c b b c d c c e c h a p s 缩写表 a b b r e v i a t i o n 英文全称 t w o d i m e n s i o n a le l e c t r o p h o r e s i s a b s c i s i ca c i d a c t i v a t i o nd o m a i n a s c o r b a t ep e r o x i d a s e a u x i nr e s p o n s ef a t o r a d e n o s i n e t r i p h o s p h a t a u x i n 中文名称 双向电泳 脱落酸 转录激活结构域 抗坏血酸过氧化物 酶 生长紊反应因子 三磷酸腺苷 生长素 b o w m a n b i r kt r y p s i ni n h i b i t o r胰蛋白酶抑制剂 d n a b i n d i n gd o m a i n b r a s s i n o l i d e b a s i c - r e g i o nl e u c i n e - - z i p p e rp r o t e i n s d n a 结合结构域 油菜素内酯 碱性亮氨酸拉链区 域蛋白 c o l l i s i o na c t i v e dd i s s o c i a t i o n 碰撞活化电离 c o o m a s s i eb r i l l i a n tb l u e 考马斯亮蓝 c e l ld i v i s i o nc y c l e c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s 细胞分裂周期 毛细管电泳 3 ( c h o l a m i d o p r o p y l ) d i m e t h y l a m m o n i o 一1 - p r o p a n e3 - 【( 3 - 胆酰胺丙基) s u l p h o n a t e二乙胺 一丙磺酸 v l c i d d e s d g d g d r e b d t t e s i e s t e t l l f t i c r f w g c g f p g p r o t e i n g t h b h c b t h p l c h s p i a a i c a r c o l l i s i o ni n d u c e dd i s s o c i a t i o n 碰撞诱导解离 d i v m y le t h e rs y n t h a s e ，二乙烯酯酶 d i g a l a c t o s y ld i a c y l g l y c e r o l 双半乳糖二甘油酰 d e h y d r a t i o n - r e s p o n s i v ee l e m e n tb i n d i n g干旱应答元件结合 蛋白 d i t l l i o t h r e i t o l e l e c t r o s p r a yi o n i z a t i o n e x p r e s s e ds e q u e n c et a g e t h y l e n e 二硫叔糖醇 电喷雾电离 表达序列标签 乙烯 f o u r i e rt r a n s f o r mi o nc y c l o t r o nr e s o n a n c e 傅立叶转换离子回 旋共振 f r e s hw e i g h t g a sc h r o m a t o g r a p h y g r e e nf l u o r e s c e n c ep r o t e i n g t p b i n d i n gp r o t e i n g e n et a r g e t i n g 鲜重 气相色谱 绿色荧光蛋白 鸟嗓呤核苷三磷酸 结合蛋白 基因打靶 h o m o g e n i z a t i o nb u f f e r匀浆缓冲液 n - h y d r o x y c i n n a m o y l b e n z o y l t r a n s f e r a s e h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y 高效液相色谱 h e a ts h o c k p r o t e i n i s o t o p ec o d e da f f i n i t yt a g e s v i i 热激蛋白 吲哚乙酸 同位素标记亲和标 签技术 i e c i e f i m d h i p g k a r i l c l e a l o x m a u ) i t o f i o ne x c h a n g ec h r o m a t o g r a p h y离子交换色谱 i s o e l e c t r i cf o c u s i n g等电聚焦 异丙基苹果酸合成 酶 i m m o b i l i z e dp hg r a d i e n t 固相化p h 梯度 k e t 0 1 a c i dr e d u c t o i s o m o r a s e酮酸还原异构酶 l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y 液相色谱 l a t e - e m b r y o g e n e s i s a b u n d a n t l i p o x y g e n a s e 胚胎形成晚期丰富 蛋白 脂加氧酶 m a t r i xa s s i s t e dl a s e rd e s o r p t i o r d i o n i z a t i o n 基质辅助激光解吸 t i m eo f f l i g h t 附离子化飞行时间 m a p k m i t o g e n a c t i v a t e dp r o t e i nk i n a s e s m g d g m s m s m s m u d p r r n a d p n d p k o a o d o e e 2 促分裂素原活化蛋 白激酶 m o n o g a l a c t o s y ld i c y l g l y c e r o l 单半乳糖二甘油酰 t a n d e mm a s ss p e c t r o m e t r y 质谱 串联质谱 m u l t i d i m e n s i o n a l p r o t e i ni d e n t i f i c a t i o n 多维蛋白鉴定技术 t e c h n o l o g y n i c o t i n a m i d e a d e n i n e p h o s p h a t e d i n u c l e o t i d e 氧化型烟酰胺腺嘌 呤二核苷酸磷酸，辅 酶i n u c l e o s i d ed i p h o s p h a t ek i n a s e ， 二磷酸核苷激酶 o s o t i ca d j u s t m e n t ， o p t i c a ld e n s i t y 渗透调节 光密度值 o x y g e ne v o l v i n ge n h a n c e rp r o t e i n2放氧增强蛋白 v 1 1 1 p a p c p c r p d x p e p e g p m p g p i p m f p m s f p r p r k a s e p r p p p r x s ， p s l l 0 e c p s d p s t q - t o f r p h p l c p h o s p h a t i d i ca c i d p h o s p h a t i d y l c h o l i n e 磷脂酸 磷脂酰胆碱 p o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n 聚合酶链式反应 p 蜘d o x i n e p h o s p h a t i d y l e t h a n o l a m i n e p o l y e t h y l e n e p h o s p h o f r u e t o k i n a s e p h o s p h a t i d y l g l y e e r o l p h o s p h o i n o s i t i d e 维生素b 6 磷脂酰乙醇胺 聚乙二醇 磷酸果糖激酶 磷脂酰甘油 磷酸肌醇 p e p t i d em a s s f i n g e r p r i n t i n g 肽质量指纹图谱 p h e n y l m e t h y l s u l f o n y lf l u o r i d e 苯甲基磺酰氟 p a t h o g e n e s i sr e l a t e dp r o t e i n 病原相关蛋白 p h o s p h o r i b u l o k i n a s e 磷酸核酮糖激酶 p h o s p h o r i b o s y ld i p h o s p h a t e 磷酸核糖二磷酸 p e r o x i r e d o x i n 铁氧还蛋白过氧化 物酶 p h o t o s y s t e m1 1o x y g e ne v o l v i n gc o m p l e x 光系统2 放氧复合 p r o t e i n ，p s i io e c 体蛋白 p o s t s o u r c ed e c a y p e p t i d es e q u e n c et a g 源后衰变 肽序列标签 q u a d r u p o l et i m e - o f - f l i g h t 四极杆飞行时间 r e v e r s e p h a s eh i g hp e r f o r m a n c el i q u i d 反相高效液相色谱 c h r o m a t o g r a p h y r u b i s c o r 1 1 b p s a s b p a s e r i b u l o s e - 1 ，5 - b i p h o p h a t e c a r b o x y l a s e o x y g e n a s e 1 , 5 - 二磷酸核酮糖 羧化加氧酶 r i b u l o s e - 1 5 - b i s p h o s p h a t e 核酮糖一1 ，5 - 二磷酸 s a l i c y l i ca c i d s e d o h e p t u l o s e - 1 ，7 - b i s p h o s p h a t a s e ， s o d i u md o d e c y ! s u f a t e s - p h a s ek i n a s e - a s s o c i a t e dp r o t e i n 水杨酸 景天庚酮糖一l ，7 二 磷酸酶 十二烷基磺酸钠 s 区激酶结合蛋白 s u l f o q u i n o v o s y ld i a c y l g l y c e r o 硫脂 s u p e r o x i d ed i s m u t a s e 瓢c h l o r o a c e t i ca c i d 嘣f l u o r o a c e t i ca c i d t r a n s k e t o l a s e x 超氧化物歧化酶 三氯乙酸 三氟乙酸 转酮酶 s p d a a t 妨 湖 占j s i 代 哪 第一章文献综述 生活在自然界中的植物常常受到不利环境因素的影响，有时甚至遭受极为严 酷的环境胁迫( s t r e s s ) 。不良环境条件往往对植物的生长发育造成显著的不利影 响，甚至导致植物死亡。植物的环境胁迫可以是生物的( b i o t i c ) ，即由其他生物 所施加，或者是非生物胁迫的( a b i o t i c ) 。即由过度或不足的物理或化学条件引 发。干旱、高盐和低温是影响和限制作物产量和植物分布的主要不利环境因素。 植物的抗胁迫机制可以分为两大类：逃避( a v o i d a n c e ) 机制，即防止接触胁 迫，和耐受( t o l e r a n c e ) 机制，即使植物可以抵抗胁迫。不同基因型植物可以在 不同程度的胁迫程度下存活，这种适应性( a d a p t a t i o n ) 是植物经进化而提高一 个生物种群对环境的适应度。其他的抵制机制是通过顺应( a c c l i m a t i o n ) 获得的， 即生物个体对环境因素改变作出的调节。植物在逆境顺应过程中体内发生了十分 复杂的变化，这些变化不仅体现在生理生化水平，而且体现在分子和细胞水平。 逆境胁迫的代谢变化和发育变化通常是由基因表达模式的改变造成的，转录组研 究用微阵列技术鉴定了一系列非生物胁迫诱导基因。 虽然转录组学研究对揭示基因功能具有重要意义，但是，蛋白质才是基因功 能的体现者和执行者。现在已经证明，一个基因并不只产生一个相应的蛋白质， 它可能会产生几个，甚至几十个蛋白质。有机体所处的不同环境和本身的生理状 态差异，会导致基因转录产物有不同的剪切和转译成不同的蛋白质。蛋白质再进 行各种加工修饰和转移定位，才具有活性和生物功能，承担相应的生理作用，适 应生存环境。这些过程中的任何一个步骤发生微小的差错都可能导致机体的病变 和异常反应。 2 0 世纪9 0 年代中后期，功能基因组学( f u n c t i o n a lg e n o m i c s ) 成为研究的重 心，蛋白组学( p r o t e o m i c s ) 则是其“中流砥柱”。2 0 0 1 年n a t u r e ) ) 、s c i e n c e ) ) 杂志在公布人类基因组序列草图的同时，分别发表了题为 a n a1 l o wf o rt h e p r o t e o m e ”、“p r o t e o m i c si ng e n o m el a n d ”的述评和展望，将蛋白质组学的地位提到 前所未有的高度，认为它是功能基因组学前沿研究的战略制高点。 1 蛋白质组学研究进展 1 1 蛋白质组学产生的科学背景及意义 随着大量生物体全基因组序列的获得，特别是人类基因组序列草图的完成， 基因组研究的战略重点不可避免地从结构基因组学转向功能基因组学，而蛋白质 组学正是作为功能基因组研究的重要支柱在2 0 世纪9 0 年代中期应运而生。 蛋白质( p r o t e o m i c s ) - - i i j 是澳大利亚m a c q u a r i e 大学的w i l k i n s 和w i l l i a m s 在1 9 9 4 年首次提出，第一篇原始论著1 9 9 5 年7 月发表于e 1 e c t r o p h o r e s i s 杂志。蛋白质组学是研究在特定时间或环境下一个细胞、组织或完整的生物体所 表达的全部相应的蛋白质( k e l l n e t ，2 0 0 0 ) 。从蛋白质组的定义就可以清楚看出， 蛋白质组学不同于传统的蛋白质学科之处在于它的研究是在生物体或细胞的整 体蛋白质水平上进行的，它从一个机体或其细胞的蛋白质整体活动的角度来揭示 和阐明生命活动的基本规律。 如果说蛋白质组学刚诞生时没有得到国际生命科学界主流的高度重视，那么 近几年来已发生了巨大的改变。国际人类蛋白质组研究组织的成立推动着整个蛋 白质研究方向向前进步，标志着离人类大规模的蛋白质组计划的实施已经为期不 远。蛋白质组研究之所以重要基于以下几点：首先，随着人类基因组计划的基本 完成，研究人的约4 万个基因的功能将成为必然，而蛋白质是基因功能的直接执 行者；其次，蛋白质和m r n a 没有很好的相关性，使得m r n a 水平的研究不能 代替蛋白质的研究( y a n a g i d a ，2 0 0 2 ) ；再次，基因组是静态的，同一生物中不 同细胞的基因组基本相同，而蛋白质组是动态的，同一生物中不同细胞表达的蛋 白质组不同，同一细胞在不同发育时期表达的蛋白质组也不同，还有在正常、疾 病和逆境下所表达的蛋白质组也会有所差异，即蛋白质有它的时空性和可调节性 ( h u b e r ，2 0 0 3 ) ；最后，蛋白质有着复杂的翻译后修饰( h e g d e 等，2 0 0 3 )