（分析化学专业论文）植物发育突变体的蛋白质组学研究.pdf

博上学位论文 摘要 蛋白质组学研究在功能基因组时代发挥着越来越重要的作用。蛋白质组研究 旨在研究基因组编码的整套蛋白质的结构和功能，从而补充转录组的研究。目前， 基因突变引起的蛋白质表达变化是蛋白质组学研究的重要内容。拟南芥和水稻是 植物分子生物学研究中两种重要的模式植物。本文以新筛选的拟南芥突变体和实 验室已有的水稻突变体为材料，利用蛋白质组学方法分别研究了它们发育突变体 中蛋白质表达谱的变化，获得了以下主要研究结果。 ( 1 ) 拟南芥发育突变体的筛选研究 以拟南芥蓝光受体双突变体c r y l c r y 2 为实验材料，通过激活标签技术构建了 t - d n a 插入突变体库，并从中筛选到6 个与开花时间有关和2 个矮化的发育突变 体。采用质粒拯救( p l a s m i dr e s c u e ) 、i p c r ( i n v e r s ep c r ，反向p c r ) 和t a i l p c r ( t h e r m a la s y m m e t r i ci n t e r l a c e d p c r ，热不对称巢式p c r ) 等方法，分析得出了 这些发育突变体t d n a 插入位点的基因组侧翼序列。通过r t p c r 方法分析了突 变体t d n a 插入位点两侧基因的表达情况，结果表明突变体表型的变化可能是 t d n a 插入后3 5 s 强启动子引起附近的基因表达量增加造成的，从而进一步证实 了这些发育突变体的突变分子基础。通过筛选发育突变体和鉴定相关基因，为深 入研究植物光周期开花调控以及下胚轴伸长抑制的机理奠定了基础。 ( 2 ) 水稻和拟南芥育性突变体的蛋白质组学研究 通过双向电泳、m a l d i t o f 质谱、m a l d i t o f t o f 质谱等技术比较分析 了水稻株1 s 不育和可育条件下花粉母细胞形成期，减数分裂期以及花粉内容物充 实期( 第v 、期) 的幼穗蛋白的动态变化过程。结果发现水稻株1 s 在不育和 可育条件下，分别在幼穗第v 期有4 3 个差异蛋白质点，第期有3 2 个差异蛋白 质点，第期有2 3 个差异蛋白质点。选取其中5 0 个蛋白用于质谱鉴定，最后有 2 0 个差异蛋白质点得到了鉴定，分析后发现这些蛋白主要参与了糖代谢，能量代 谢，蛋白质的生物合成，细胞壁形成和胁迫响应等与花粉发育相关的过程。通过 r t p c r 方法对其中3 个蛋白质对应基因进行表达分析，结果发现其中1 个蛋白质 的表达与相应m r n a 水平的表达相一致，另外2 个蛋白质的表达与其m r n a 水平 的表达不一致，表明后2 个蛋白质对应基因可能由于基因表达存在翻译后修饰。 我们共得到了8 个与育性相关的蛋白，其中u d p 葡糖醛酸脱羧酶、咖啡酰辅酶 a - 氧- 甲基转移酶和o s j n b a 0 0 6 0 d 0 6 1 0 蛋白与育性转换紧密关联。这些分析结果 表明温度控制水稻的育性是通过共调节相关基因的表达而实现的，初步从蛋白质 水平阐述了温敏核不育水稻育性转换的分子机理。 植物发育突变体的蛋 j 质组l 学研究 选取筛选到的拟南芥晚开花突变体s c c l 0 6 d 和对照材料c r y l c r y 2 作为研究 对象，比较了两者生长在白光下的蛋白质水平差异，通过质谱分析最后鉴定得到 了2 2 个差异蛋白质点，并发现其中17 个蛋白在s c c l 0 6 d 突变体中同时下调，而 另有3 个蛋白仅在c r y l c r y 2 中表达。分析鉴定得到的差异蛋白发现，它们主要参 与了碳水化合物代谢、能量代谢、硫代谢、光合作用、光呼吸、胁迫响应和蛋白 质的合成等过程，其中光合蛋白占3 6 ，能量相关蛋白占1 4 。结果说明光合速 率下降和能量降低可能是使突变体发育迟缓，开花延迟，育性降低，下胚轴变短 的主要原因。这些结果提示，t d n a 插入后3 5 s 强启动子引起附近的基因表达量 增加，在光作用下调节相关基因的表达从而导致突变体表型的变化。 ( 3 ) 水稻和拟南芥矮化突变体的蛋白质组学研究 采用双向电泳技术分离水稻株1 s 、矮秆突变体s v l 4 和湘陵6 2 8 s 的茎蛋白，通 过质谱鉴定得到了3 3 个差异蛋白质点。其中在矮秆突变体s v l 4 中2 7 个蛋白点下调， 1 个仅在s v l 4 中表达，2 个仅在株1s 中表达：在湘陵6 2 8 s 中2 5 个蛋白点下调，1 个 仅在湘陵6 2 8 s 中表达，3 个仅在株l s 中表达。通过分析可以将这些差异蛋白分为两 大类：第一类是调节性蛋白，如咖啡酸三氧转甲基酶，热激蛋白7 0 ，醛酮变位酶i ， 肌动蛋白等，它们主要参与蛋白质的合成和加工、胁迫响应、细胞骨架稳定等过 程；第二类是功能性蛋白，如抗坏血酸过氧化物酶，细胞质苹果酸脱氢酶，细胞 质磷酸甘油酸激酶，s 腺苷蛋氨酸合成酶，a t p 合酶等，它们则参与氧化还原平衡、 光合作用、光呼吸和各种代谢等过程。调节性蛋白丰度的下调可能引起了水稻发 育的迟缓，功能性蛋白活性和丰度的改变，则主要破坏水稻植株细胞内的代谢平 衡，两者共同作用从而最终导致茎变短和植株变矮。该结果从蛋白质表达水平阐 述了水稻植株矮化的内在原因，为进一步开展水稻矮秆分子育种奠定了基础。 选取筛选到的矮化突变体s c c 8 一d 和对照材料c r y l c r y 2 作为研究对象，比较了两 者生长在白光下的蛋白质水平的差异。通过质谱分析共鉴定得到了2 2 个差异蛋白 质点，其中有16 0 蛋白在s c c 8 d 突变体中都是下调的，同样有3 个蛋白仅在c r y l c r y 2 中表达。经分析发现这些差异蛋白可能参与了碳水化合物代谢、光合作用、光呼 吸、胁迫响应、蛋白质的合成和氧化还原平衡等过程，其中光合蛋白占3 2 。此结 果进一步说明调节性蛋白和功能性蛋白丰度的表达受到光调控从而抑制植物下胚 轴的伸长 关键词：突变体；水稻；拟南芥；蛋白质组学；激活标签法；反向p c r ；热不对 称巢式p c r ；逆转录p c r l i a b s t r a c t p r o t e o m i c ss t u d yi sp l a y i n ga ni n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tr o l ei nt h ef u n c t i o n a l g e n o m i c se r a p r o t e o m es t u d i e sa i ma t t h ec o m p l e t es e to fp r o t e i n se n c o d e db yt h e g e n o m ea n dt h u sc o m p l e m e n tt h et r a n s c r i p t o m es t u d i e s a tp r e s e n t ，t h ec h a n g ea t t h e p r o t e i ne x p r e s s i o nl e v e lc a u s e db yg e n em u t a t i o ni so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t si n p r o t e o m es t u d i e s r i c ea n da r a b i d o p s i sa r et w oi m p o r t a n tm o d e lp l a n t s i nt h ep r e s e n t s t u d y ，w ea n a l y z e dt h ed i f f e r e n c ea tt h ep r o t e i ne x p r e s s i o nl e v e li nr i c ed e v e l o p m e n t m u t a n t sa n da r a b i d o p s i sd e v e l o p m e n tm u t a n t ss c r e e n e d t h er e s u l t so ft h i ss t u d yw e r e l i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es c r e e n i n go fa r a b i d o p s i sd e v e l o p m e n tm u t a n t s w eu s e da r a b i d o p s i sm u t a n tc r ylc r y 2a sm a t e r i a li nt h i sp a p e ra n dc o n s t r u c t e da l i b r a r y o fa r a b i d o p s i sm u t a n t sb ya c t i v a t i o nt a g g i n g t h r o u g hs c r e e n i n g a n d o b s e r v a t i o n ，s o m em u t a n t sw i t hv i s i b l em o r p h o l o g i c a lp h e n o t y p i cv a r i a t i o n s w e r e o b t a i n e d ，i n c l u d i n gs i xm u t a n t sr e l a t e dt of l o w e r i n gt i m ea n dt w od w a r fm u t a n t s p l a s m i dr e s c u e i n v e r s ep c r ( i p c 鼬a n dt h e r m a la s y m m e t r i c i n t e r l a c e d p c r ( t a i l p c r ) w e r eu s e dt oi d e n t i f yt h ef l a n k i n gg e n o m i cs e q u e n c e so fm u t a t e dt a r g e t g e n e s a tt h es a m et i m e ，t h es e m i - q u a n t i t a t i v er t p c r w a su s e dt oa n a l y s ee x p r e s s i o n o ft h et d n ai n s e r t i o nf l a n k i n gg e n e s w ec o n c l u d et h a tp h e n o t y p i cv a r i a t i o n si n m u t a n t sw e r ec a u s e db yt h ei n c r e a s e de x p r e s s i o no ft - d n ai n s e r t i o nf l a n k i n g g e n e s t h er e s u l tl a i dt h ef o u n d a t i o nf o rf u r t h e rs t u d yo fr e g u l a t i o no ff l o w e r i n gt i m e a n di n h i b i t i o no fh y p o c o t y le l o n g a t i o n ( 2 ) p r o t e o m ea n a l y s i so fr i c ea n da r a b i d o p s i ss t e r i l em u t a n t s w eu s e dp r o t e o m i ca n a l y s i st oi n v e s t i g a t et h ec h a n g i n gp a t t e r n so fy o u n g p a n i c l ep r o t e i n sd u r i n gd i f f e r e n td e v e l o p m e n t a ls t a g e s t h ef o r m a t i o ns t a g eo fp o l l e n m o t h e rc e l l ( v ) ，t h es t a g eo fm e i o t i cd i v i s i o no fp o l l e nm o t h e rc e l l ( v ) ，t h ef i l l i n g s t a g eo fp o l l e n ( v i i ) 】u n d e rs t e r i l ea n df e r t i l ec o n d i t i o n s p r o t e i n sw e r ee x t r a c t e df r o m t h es p i k e l e t ss a m p l e sa n ds e p a r a t e db y2 - dg e le l e c t r o p h o r e s i s ( 2 - d e ) i m a g e a c q u i s i t i o na n da n a l y s i s ，u n d e rs t e r i l ea n df e r t i l ec o n d i t i o n s ，4 3p r o t e i ns p o t sw e r e d i f f e r e n t l ye x p r e s s e di nz h u 一1sd u r i n gn o vs t a g e ；3 2p r o t e i ns p o t sw e r ed i f f e r e n t l y e x p r e s s e di nz h u 一1sd u r i n gn o v is t a g e ；2 0p r o t e i ns p o t sw e r ed i f f e r e n t l ye x p r e s s e di n z h u 一1sd u r i n gn o v i is t a g e b a s e do ns p o tq u a n t i t ya n dq u a l i t y ，5 0p r o t e i ns p o t sw e r e a n a l y z e db y m a t r i xa s s o c i a t e dl a s e r d e s o r p t i o n i o n i z a t i o nt i m e o ff l i g h tm a s s i i i 植物发育突变体的蛋白质组学研究 皇盲墨鲁喜暑皇暑皇昌詈鼍皇暑暑詈詈詈皇昌墨鼍皇皇詈暑昌量皇昌詈詈皇詈盲昌皇昌詈詈詈! ! 詈詈詈詈皇鼍詈皇鲁= 皇詈葛昌皇詈詈詈詈暑詈詈暑暑暑昌暑詈詈詈鼍詈量詈暑蔓詈昔詈= ! 寰篁詈i i e 詈詈詈詈暑暑暑皇暑詈暑暑号詈暑詈詈鼍 s p e c t r o m e t r y ( m a l d i t o f - m s ) a n d2 0s p o t sw e r ei d e n t i f i e d m o s to ft h e s ep r o t e i n s a r ec l o s e l ya s s o c i a t e dw i t hs u g a rm e t a b o l i s m ，e n e r g ym e t a b o l i s m ，p r o t e i nb i o s y n t h e s i s ， c e l lw a l lf o r m a t i o na n ds t r e s sr e s p o n s e s ，w h i c ha r ee s s e n t i a lc e l la c t i v i t i e st ot h ep o l l e n d e v e l o p m e n t t h ee x p r e s s i o no fg e n e sc o r r e s p o n d i n gt ot h r e ep r o t e i ns p o t sw a s a n a l y z e db ys e m i - q u a n t i t a t i v er t p c r o n eo ft h e mt h em r n aa n dp r o t e i nl e v e l sw a s c o r r e l a t e dw e l lc o n f i r m e d ，b u tt h eo t h e rt w oi ns o m ei n s t a n c e ，t h e1 e v e lo fm r n a sa n d t h ee x p r e s s i o nl e v e lo ft h er e l a t e dp r o t e i n sw e r ei n c o n s i s t e n t t h i sd i f f e r e n c ec o u l db e a f f e c t e db yp o s t - t r a n s l a t i o n a lm o d i f i c a t i o n s w ei d e n t i f i e d8p r o t e i n sr e l a t e dt of e r t i l i t y ， o fw h i c hu d p - g l u c u r o n i ca c i dd e c a r b o x y l a s e ，p u t a t i v e c a f f e o y l c o ao m e t h y l t r a n s f e r a s ela n do s j n b a 0 0 6 0 d 0 6 。10w e r ec l o s e dt of e r t i l i t yc h a n g e t h er e s u l t s i n d i c a t et h a tt e m p e r a t u r ec o n t r o lo fr i c ef e r t i l i t yi sc o - r e g u l a t e db ym a n yo t h e rr e l a t e d g e n e sa n de l u c i d a t et h em o l e c u l a rm e c h a n i s mo ft h e r m o s e n s i t i v eg e n i em a l e - s t e r i l e r i c ef e r t i l i t yc h a n g ea tt h ep r o t e i nl e v e l t os t u d yt h ed if f e r e n c ea tt h ep r o t e i ne x p r e s s i o nl e v e lo ft h ec r y lc r y 2a n d s c c l 0 6 一d ，w eu s e dap r o t e o m ea p p r o a c hb a s e do n2 - d et oc o m p a r et h e i rp r o t e i n p a t t e r n s t h e2 2d i f f e r e n tp r o t e i ns p o t sw e r ei d e n t i f i e db ym a l d i t o f t o f m s t h e r ea r e17p r o t e i ns p o t sw e r ed e c r e a s e di ns c c l0 6 - da n d3p r o t e i ns p o t so n l y a p p e a r e di nc r y l c r y 2 t h ei d e n t i f i e dp r o t e i n sa r ei n v o l v e di ns e v e r a lp r o c e s s e s ，i e p r o t e i nb i o s y n t h e s i s ， s t r e s s r e s p o n s e s ，p h o t o s y n t h e s i s ，p h o t o r e s p i r a t i o n a n d m e t a b o l i s m so fc a r b o n ，s u l f u ra n de n e r g y m o s tp r o t e i n ss h o w e de n h a n c e dd e g r a d a t i o n i ns c c l0 6 - d ，e s p e c i a l l y36 p h o t o s y n t h e t i cp r o t e i n ss u c ha sr u b i s c ol a r g es u b u n i ta n d 14 p r o t e i n sr e l a t e dw i t he n e r g y t h ed e c r e a s eo fp h o t o s y n t h e s i sr a t ea n de n e r g ym a y b et h ec a u s eo fd w a r f , s t e r i l e ，l a t e rf l o w e ro fm u t a n t t h er e s u l t si n d i c a t et h a tl i g h t c o n t r o lo fp h e n o t y p i cv a r i a t i o n si nm u t a n t sc a u s e db yt h ei n c r e a s e de x p r e s s i o no f t d n ai n s e r t i o nf l a n k i n gg e n e si sc o - r e g u l a t e db ym a n yo t h e rr e l a t e dg e n e s ( 3 ) p r o t e o m i ca n a l y s i so fr i c ea n da r a b i d o p s i sd w a r fm u t a n t s t h es t e mo ft h e r m o - s e n s i t i v eg e n i em a l e - s t e r i l er i c ez h u - - 1sa n di t sd w a r f i n g v a r i a n ts v14a n dh 6 2 8 sw e r es e p a r a t e db y2 - d e 33d i f f e r e n t i a ls p o t sw e r ei d e n t i f i e d b ym a l d i t o f - t o f - m s t h e r ew e r e2 7p r o t e i ns p o t sw e r ed e c r e a s e di ns v 14a n d2 p r o t e i ns p o t so n l ya p p e a r e di nz h u 一1s t h e r ew e r e2 5p r o t e i ns p o t sw e r ed e c r e a s e di n h 6 2 8 sa n d3p r o t e i ns p o t so n l ya p p e a r e di nz h u - 1 s t h ei d e n t i f i e dp r o t e i n sw e r e d i v i d e di n t ot w of o l l o w i n gc a t e g o r i e s ：o n ei sr e g u l a t o r yp r o t e i n s ，f o re x a m p l e ，c a f f e i c a c i d3 一o - m e t h y l t r a n s f e r a s ，h s p 7 0 ，g l y o x a l a s ei ，a c t i n ，a n ds oo n t h e ya r ei n v o l v e d i n p r o t e i nb i o s y n t h e s i s a n dp r o c e s s i n g ，c e l l u l a rs t r u c t u r a l o r g a n i z a t i o na n ds t r e s s r e s p o n s e s t h e o t h e ri sf u n c t i o n p r o t e i n s ，f o ri n s t a n c e ，a s c o r b a t ep e r o x i d a s e ， i v 。一。，。：坠坚兰堡垒圣。，。，。，。舞。霉一 g 目目目e ! = 目目= # ! 目l e e 目目| 自目i | _ e = ! e | e 目! = # = = 目目= = 。一。 c v t o p l a s m i cm a l a t ed e h y d r o g e n a s e ，c y t o s o l i cp h o s p h o g l y c e r a t e k i n a s e ，s - 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d e t oc o m p a r et h e i rp r o t e i np a t t e r n s t h e2 2 d i f f e r e n tp r o t e i ns p o t sw e r ei d e n t i f i e db ym a l d i t o f t o f m s t h e r e a r e16p r o t e m s p o t sa r ed e c r e a s e di ns c c 8 da n d3p r o t e i ns p o t so n l ya p p e a r e di n c r y l c r y 2 t h e i d e n t i n e dp r o t e i n sa r ei n v o l v e di ns e v e r a lp r o c e s s e s ，i e r e d o xh o m e o s t a s i s ，s t r e s s r e s p o n s e s ，p h o t o s y n t h e s i s ，p h o t o r e s p i r a t i o n ，a n d m e t a b o l i s m so fc a r b o n 3 2 p r o t e i n s s h o w e de n h a n c e dd e g r a d a t i o ni n s c c 8 - d ， e s p e c i a l l y t h ep h o t o s y n t h e t l c p r o t e i n ss u c ha sr u b i s c ol a r g es u b u n i t t h e r e s u l t ss u g g e s tt h a tt h ei n h l b l t l o n o f h y p o c o t y le l o n g a t i o nw a sc a u s e db yt h ed e c r e a s e de x p r e s s i o no fr e g u l a t o r yp r o t e l n s a n df u n c t i o np r o t e i n s ，w h i c hi su n d e rl i g h tc o n t r 0 1 k e y w o r d s ：m u t a n t ；r i c e ；a r a b i d o p s i s ； t a i l p c r ； r t - p c r p r o t e o m i c s ；a c t i v a t i o n t a g g i n g ；i p c r ； v 植物发育突变体的蛋亡j 质组学研究 c r y l c r y 2 p h y a p h y b w t 3 5 s r u b i s c o 2 d e a c n d t t e s i l c m s p a g e p i p m s f r p r p m s d s 隐花素l 隐花素2 光敏素a 光敏素b 野生型 英文缩写词 c r y p t o c h r o m e1 c r y p t o c h r o m e2 p h y t o c h r o m ea p h y t o c h r o m eb w i l d t y p e 花椰菜花叶病毒3 5 s 启动子c a m v3 5 sp r o m o t e r 核酮糖1 ，5 二磷酸羧化酶加氧酶 r i b l o s e 一1 ，5 - b i s p h o s p h a t ec a r b o x y l a s e o x y g e n a s e 二维凝胶电泳 乙腈 t w o d i m e n s i o n a lg e le l e c t r o p h o r e s i s a c e t o n i t r i l e 二硫苏糖醇d i t h i o t h r e i t o l 电喷雾离子化 液相色谱 质谱 聚丙烯酰胺凝胶电泳 等电点 苯甲基磺酰氟 反相 每分钟转数 e l e c t r o s p r a yi o n i z a t i o n l i p i dc h r o m a t o g r a p h m a s ss p e c t r o m e t r y p o l y a c r y l a m i d eg e le l e t r o p h o r e s i s i s o e l e c t r i cp o i n t 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 r e v e r s ep h a s e r o t a t i o np e rm i n i u t e 十二烷基硫酸钠s o d i u md o d e c y ls u l f a t e t e m e d四氨基乙二胺 t f a t r i s i e f m s m s i a a c h a p s 三氟乙酸 n ，n ，n ，n - t e t r a m e t h y l e t h y l e t h y l e n e - d i a m i n e t r i f l u o r o a c e t i ca c i d 三羟基甲基氨基甲烷t r i s ( h y d r o x y m e t h y l ) a m i n o m e t h a n e 等电聚焦i s o e l e c t r i cf o c u s i n g 串联质谱t a n d e mm a s ss p e c t r o m e t r y 碘乙酰胺 i o d o a c e t a m i d e 3 胆酰胺丙基二乙胺一1 丙磺 3 - c h o l a m i d o p r o p l y l d i m e t h y l a m m o n i o 1 p r o p a n e s u l f o n a t e d n a s ei 脱氧核糖核酸酶i r n a s ef r e e 无核糖核酸酶 d e o x y r i b o n u c l e i ca c i de n z y m ei r i b o n u c l e i ca c i de n z y m e f r e e m m l v 莫洛尼鼠白血病病毒 m o l o n e ym u r i n el e u k e m i av i r u s m r n a信使r n a m e s s e n g e rr n a 博十学位论文 r t - p c r逆转录聚合酶链式反应 i p c r反向p c r t a i l p c r热不对称巢式p c r d d h 2 0 m “m m m s h m l n m l l a l i n v e r s ep o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n t h e r m a la s y m m e t r i ci n t e r l a c e dp o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n 双重蒸馏水 摩尔 微摩尔 毫摩尔 秒 小时 分钟 毫升 微升 i x d o u b l ed i s t i l l e dw a t e r m o l m i c r o m o l e m i l l i m o l e s e c o n d h o u r m i n u t e m i l l i l i t r e m i c r o l i t r e 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 它个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 甫 j 、黟 日期：沏。吕年f 月坩e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签 导师签 日期：p g 年i t 月谚日 日期：秒巩年1 月铭日 博上学位论文 第1 章绪论 1 1 蛋白质组学研究概述 人类基因组图谱的绘制完成标志着生命科学进入后基因组时代，基因功能和 调节的解读突显成研究的主要内容。基因的功能是通过其编码的蛋白质实现的， 蛋白质是生命活动的真正执行者。因此蛋白质组学被认为是后基因组研究中的最 主要部分。蛋白质组比基因组的组成更为复杂，功能更为活跃，更直接接近生命 活动的本质，其研究的应用前景也更广泛和直接。 蛋白质组是指生物体内一套基因组表达的所有蛋白质的总称1 1 ，2 】，它的研究对 象是一个基因组表达的所有蛋白质的结构和功能，及其定量改变、翻译后修饰。 基因组序列是蛋白质组学的基础和出发点，生长、分化、衰老、外界环境改变、 遗传修饰或其它事件都能引起蛋白质组的改变。蛋白质组的组成远比基因组庞大 和复杂，据估计，在e c o l i 中1 个基因可编码1 3 个蛋白；而人的1 个基因大约可编 码lo 种蛋白【引。这是由于1 个基因可在转录中经过不同的剪接翻译成不同的蛋白质， 而蛋白质在合成之后又可能进行不同的翻译后修饰，包括磷酸化、糖基化、硫基 化、酰基化、甲基化等。由d n a 编码合成的蛋白质，在其运输、装配方式、降解 时间和途径等方面相对于编码它的d n a 具有独立性。因此，即使我们对基因组全 部读出，仍然不足以对全部蛋白质的种类和数量加以描述和预测，更不足以对主 要由蛋白质演绎的复杂生命活动加以描述和预测。 蛋白质组研究主要包括以下3 个方面的内容：( 1 ) 蛋白质微量特征的大规模鉴 定及对蛋白质翻译后修饰的研究；( 2 ) 通过差异显示蛋白质组学研究来比较蛋白 质表达水平差异，这对于研究植物体中各种原因引起的变化具有很大的潜在用途； ( 3 ) 不同蛋白质问相互作用的研究，构建细胞功能的连锁图。对于基因组、转录 组及蛋白质组这三者之间的联系，r a jp a r e k h 的解释再恰当不过，“基因组告诉您 理论上能够发生什么，m r n a 告诉您可能发生什么，而蛋白质组告诉您正在发生 什么”一j 。蛋白质组学研究的途径有两条，一条是像基因组学的研究一样，力图查 清一套基因组编码的所有蛋白质，建立蛋白质组学数据库。随着对蛋白质组学的 深入理解和具体工作的开展，人们逐渐认识到在短时间内建立一个生物的蛋白质 组学完整的数据库和实现网络资源共享是难以实现的，而且这种建立涵盖全部蛋 白质数据库的耗时费钱的工作，在没有弄清楚具体蛋白质的结构、功能、表达调 控和亚细胞定位之前，其应用前景也不是十分的明确和直接。另一条途径是差异 蛋白质组学，即着重于寻找和筛选任何有意义的因素引起的2 个样本之间的差异蛋 植物发育突变体的蛋亡j 质组学研究 白质谱，通过对某一生物学现象发生前后或对某一因素作用前后进行严格的蛋白 质组对比，找出与特定现象发生或作用因素相关的蛋白质。揭示细胞生理和病理 状态的进程与本质、对外界环境刺激的反应途径，以及细胞调控机制，同时获得 对某些关键蛋白的定性和功能分析。差异蛋白质组学是蛋白质组学研究的一个分 支，这类研究获得了国内外蛋白质组学众多研究者日益增多的关注。 研究蛋白质组的挑战促进了蛋白质组学研究仪器和方法的改进，从而可以快 速分离和鉴定大量的蛋白质，系统研究蛋白质的结构和功能【5 】。许多技术，如蛋白 质x 衍射晶体学、核磁共振、生物化学分析、基因突变分析，通过酵母双杂交系统 研究蛋白质与蛋白质之间相互作用，双向电泳和液相色谱质谱联用仪被用来分析 蛋白质的表达谱改变和蛋白质鉴定。到2 0 0 6 年为止，有3 7 3 个物种的基因组测序工 作已经完成，许多生物物种的蛋白质表达序列标签数据库已经建立【6 j ，这在很大程 度上改变了蛋白质化学的研究重点。在大量基因组和蛋白质序列数据库的帮助下， 鉴定一个蛋白质的实验挑战己经改变为分析蛋白质的序列。现在只要通过质谱仪 鉴定蛋白质的部分序列就可以通过与数据库中已经存在的序列进行比较来确定该 蛋白质，而以前必须测定蛋白质的全部序列。 蛋白质组学技术可以被分成两大类：样品分离、定量技术和样品鉴定技术。双 向凝胶电泳被用来分离蛋白质混合物，然后利用染色和图像分析技术对单个蛋白 质成分进行定量分析。双向电泳从2 0 世纪7 0 年代开始应用以后，经过二十多年的 发展，现已成为高分辨率、高重复性的蛋白质分离方法，目前仍是蛋白质分离效 果最好的方法之一，凝胶上的蛋白质点用质谱分析作快速鉴定【7 9 j 。针对不同组 织中的2 0 0 0 种以上蛋白质的分析工作，双