水稻蛋白質(zhì)組研究進(jìn)展

摘要：水稻（Oryza sativa L.）是世界上最重要的糧食作物，是人類獲得植物蛋白質(zhì)的主要來(lái)源之一。近年來(lái)，水稻蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)展異常迅速，取得了非常顯著的成績(jī)。綜述了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水稻組織器官蛋白質(zhì)組、亞細(xì)胞水平蛋白質(zhì)組、逆境脅迫下的蛋白質(zhì)組、激素誘導(dǎo)下的蛋白質(zhì)組以及水稻突變體蛋白質(zhì)組的最新研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）；蛋白質(zhì)組；雙向電泳；質(zhì)譜

中圖分類號(hào)：S511；Q71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）10-2233-05

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，為全世界超過(guò)2/3的人口提供主食[1]。水稻的基因組較小，由430M個(gè)堿基組成，重復(fù)序列少，易于遺傳操作且與其他禾谷類作物存在共線性，目前已成為單子葉植物分子生物學(xué)研究領(lǐng)域的模式生物[2]。2002年水稻栽培品種秈稻和粳稻基因組框架圖繪制完成，2005年8月，國(guó)際水稻基因組測(cè)序計(jì)劃（IRGSP）已經(jīng)構(gòu)建了水稻基因組的框架圖，完成了水稻基因組95%高通量序列的測(cè)序工作[3，4]。

隨著基因組研究的進(jìn)一步深入，人們認(rèn)識(shí)到單純進(jìn)行基因組研究已不能完全解釋生命現(xiàn)象的本質(zhì)問(wèn)題[5]。水稻從基因組時(shí)代步入后基因組時(shí)代，注重于功能的研究[6]。傳統(tǒng)的基因組功能研究方法主要有基因表達(dá)系統(tǒng)分析、微陣列法、基因芯片等，但這些方法都局限于研究mRNA在組織細(xì)胞中的豐度變化。事實(shí)上mRNA受轉(zhuǎn)錄調(diào)控的局限，并不能完整描繪蛋白水平上的變化[7]。而蛋白質(zhì)組是動(dòng)態(tài)的，能通過(guò)分離、鑒定和分析細(xì)胞、組織或生物體復(fù)雜的蛋白混合物來(lái)研究目的基因在不同時(shí)間是否表達(dá)、表達(dá)量有無(wú)變化、蛋白質(zhì)不同修飾及亞細(xì)胞分布等[8]。因此蛋白質(zhì)組學(xué)研究對(duì)后基因組的發(fā)展是不可或缺的。

雙向電泳和質(zhì)譜技術(shù)是蛋白質(zhì)組的核心研究工具[9]。通過(guò)雙向電泳獲得蛋白質(zhì)組表達(dá)譜或差異蛋白，再通過(guò)質(zhì)譜技術(shù)對(duì)感興趣的蛋白點(diǎn)進(jìn)行鑒定。通過(guò)分析各種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能可以直接研究細(xì)胞、組織或生物體在不同生理過(guò)程或逆境條件下的變化機(jī)制。目前，水稻蛋白質(zhì)組學(xué)主要集中在對(duì)水稻各個(gè)組織器官及亞細(xì)胞水平基本表達(dá)模式的研究，同時(shí)水稻環(huán)境脅迫應(yīng)答過(guò)程的比較蛋白質(zhì)組學(xué)和水稻突變體、激素誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究也正在進(jìn)行并逐步深入。

1 蛋白質(zhì)組學(xué)在水稻研究中的應(yīng)用

1.1 水稻組織器官的蛋白質(zhì)組

水稻蛋白質(zhì)組早期的研究主要集中在對(duì)各個(gè)器官組織進(jìn)行蛋白質(zhì)表達(dá)譜的研究，以構(gòu)建水稻蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，確定一些基因在水稻不同發(fā)育階段和不同組織器官表達(dá)的特異性。近年來(lái)，隨著水稻全基因組測(cè)序工作的完成，運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法可以更加快速、全面地研究水稻的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程及其調(diào)控。

Tsugita等[10]對(duì)水稻9種組織和1個(gè)器官的蛋白質(zhì)進(jìn)行了雙向電泳分離，并對(duì)分離后的蛋白點(diǎn)根據(jù)其等電點(diǎn)、分子量和N端測(cè)序作了定性。Woo等[11]對(duì)水稻胚乳蛋白質(zhì)組進(jìn)行了分析，共獲得700個(gè)蛋白點(diǎn)，并對(duì)其中的100個(gè)蛋白進(jìn)行測(cè)序，確定了31個(gè)蛋白的N端序列，其余69個(gè)蛋白的序列不能確定，推測(cè)可能是由這些蛋白的N端封閉造成的。

Kerim等[12]利用蛋白質(zhì)組的方法研究水稻花粉在發(fā)育過(guò)程中蛋白質(zhì)合成的變化。該研究構(gòu)建了6個(gè)不連續(xù)的孢子發(fā)育階段的蛋白質(zhì)表達(dá)譜，共獲得2 500個(gè)蛋白點(diǎn)。比對(duì)后發(fā)現(xiàn)超過(guò)155個(gè)蛋白點(diǎn)有2倍以上的豐度變化，155個(gè)蛋白點(diǎn)質(zhì)譜鑒定結(jié)果表明，除10個(gè)沒(méi)有獲得質(zhì)譜數(shù)據(jù)蛋白點(diǎn)外，鑒定的蛋白中有將近一半的蛋白在花粉發(fā)育的早期階段均不表達(dá)。

Islam等[13]研究了水稻成熟葉片的蛋白質(zhì)組，該研究以水稻2月齡葉片和5月齡葉片作為試驗(yàn)材料，比較了水稻葉片蛋白質(zhì)組在這2個(gè)時(shí)期的變化。經(jīng)比對(duì)發(fā)現(xiàn)僅有5個(gè)差異表達(dá)的蛋白，同源性搜索鑒定它們?yōu)楹送嵌姿狒然搁L(zhǎng)鏈前體、光合體系Ⅱ放氧復(fù)合體蛋白前體、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶、核酮糖二磷酸羧化酶大亞基前體和假定蛋白。

在水稻乳熟期，上位節(jié)間對(duì)種子質(zhì)量和產(chǎn)量起著至關(guān)重要的作用，Yang等[14]運(yùn)用蛋白質(zhì)組的方法分析了水稻乳熟期上位節(jié)間的所有可溶性蛋白。通過(guò)雙向電泳共檢測(cè)到762個(gè)蛋白點(diǎn)，對(duì)其中的132個(gè)高豐度蛋白點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)譜鑒定，鑒定出98個(gè)蛋白點(diǎn)，對(duì)應(yīng)80個(gè)基因的表達(dá)產(chǎn)物。這些蛋白屬于11個(gè)功能類別，與能量相關(guān)蛋白排在首位，其他蛋白大部分與代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和抗逆性有關(guān)，表明水稻上位節(jié)間具有很高的生理活性和抗逆性。Yang等[15]比較了水稻萌發(fā)種子和干種子的蛋白質(zhì)組差異，共發(fā)現(xiàn)148個(gè)差異表達(dá)的蛋白點(diǎn)，其中63個(gè)蛋白下調(diào)表達(dá)，69個(gè)蛋白上調(diào)表達(dá)。下調(diào)蛋白主要是貯藏蛋白、與種子成熟相關(guān)蛋白及與干燥作用相關(guān)蛋白。貯藏蛋白的降解主要發(fā)生在萌發(fā)階段Ⅱ的后期（吸漲48 h），與種子成熟和干燥相關(guān)蛋白的降解主要發(fā)生在萌發(fā)階段Ⅱ的早期（吸漲24 h）。除了α-淀粉酶以外，上調(diào)蛋白主要涉及糖酵解途徑，例如UDP-葡萄糖脫氫酶、果糖激酶、葡萄糖磷酸變位酶和丙酮酸鹽脫羧酶。通過(guò)該試驗(yàn)結(jié)果可以推測(cè)水稻種子萌發(fā)過(guò)程中可能的生理生化過(guò)程。

Shao等[16]選擇水稻幼苗2～5葉期4個(gè)時(shí)期的葉片作為試驗(yàn)材料來(lái)研究葉片蛋白質(zhì)組在幼苗階段的變化。通過(guò)2-DE分離和Imagemaster 2D Elite 5.0軟件分析，共檢測(cè)到41個(gè)差異表達(dá)蛋白，17個(gè)是在3葉期后新出現(xiàn)的蛋白，其中9個(gè)蛋白點(diǎn)只出現(xiàn)在3葉期。在41個(gè)差異表達(dá)蛋白中，有13個(gè)蛋白點(diǎn)的表達(dá)量呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，直至最后消失。另外的11個(gè)蛋白點(diǎn)中，有3個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量下降，6個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量增加，還有2個(gè)蛋白點(diǎn)的表達(dá)量在2葉期后呈不規(guī)則變化。隨后，作者對(duì)這41個(gè)蛋白點(diǎn)進(jìn)行了質(zhì)譜鑒定，共鑒定出15個(gè)蛋白點(diǎn)，歸為4類：涉及光合作用的蛋白、防御相關(guān)蛋白、代謝相關(guān)蛋白和氨基酸合成代謝蛋白。該研究發(fā)現(xiàn)，葉片蛋白上調(diào)的關(guān)鍵時(shí)期是3葉期，水稻植株可能從這一時(shí)期開始由異養(yǎng)階段轉(zhuǎn)為自養(yǎng)階段，開始進(jìn)行光合作用。

He等[17]研究了水稻萌發(fā)種子的蛋白質(zhì)組，進(jìn)而根據(jù)鑒定的蛋白構(gòu)建水稻種子在萌發(fā)過(guò)程中的代謝及調(diào)控途徑。該研究共鑒定出673個(gè)不同的蛋白。到目前為止，這是水稻萌發(fā)種子最全面的蛋白表達(dá)譜。所有蛋白按功能可以歸為14類。代謝蛋白為第一大類，共有203個(gè)蛋白，占總數(shù)的37.6%；第二大類是與發(fā)育相關(guān)的蛋白，包括貯藏蛋白，大約占總數(shù)的25.9%；第三大類包含120個(gè)蛋白，涉及蛋白質(zhì)生物合成、修飾、降解、折疊和運(yùn)輸。其他功能蛋白類別包括信號(hào)（42個(gè)）、應(yīng)激反應(yīng)（41個(gè)）、RNA（27個(gè)）、DNA（17個(gè)）、氧化還原調(diào)控（25個(gè)）、轉(zhuǎn)運(yùn)（18個(gè)）、細(xì)胞（18個(gè)）、其他酶類（20個(gè)）、激素（9個(gè)）和金屬處理（4個(gè)），另外還有94個(gè)蛋白為未知功能蛋白。

1.2 水稻亞細(xì)胞水平蛋白質(zhì)組

隨著研究的深入，人們不再把目光僅局限于水稻組織器官水平上的蛋白質(zhì)組研究，而是深入地研究水稻亞細(xì)胞水平的蛋白質(zhì)組。對(duì)水稻進(jìn)行亞細(xì)胞水平上的蛋白質(zhì)組研究，有助于豐富水稻蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，為以后蛋白的鑒定奠定基礎(chǔ)。

Tsugita等[10]首先對(duì)水稻葉綠體進(jìn)行了蛋白質(zhì)組分析。經(jīng)2-DE分離共檢測(cè)到276個(gè)蛋白點(diǎn)，對(duì)16個(gè)蛋白進(jìn)行了N-端序列分析，并對(duì)13個(gè)蛋白進(jìn)行了測(cè)序分析。這是首次對(duì)水稻葉綠體蛋白質(zhì)組分析的報(bào)道，提供了水稻葉綠體蛋白的概況。Heazlewood等[18]對(duì)水稻線粒體蛋白質(zhì)組進(jìn)行了研究，經(jīng)雙向電泳共分離到250個(gè)蛋白點(diǎn)，并對(duì)其中145個(gè)高豐度蛋白進(jìn)行了質(zhì)譜分析，共鑒定出80個(gè)蛋白，預(yù)測(cè)由63個(gè)基因表達(dá)所得。

Aki等[19]通過(guò)分析水稻細(xì)胞核蛋白質(zhì)組以期發(fā)現(xiàn)在植物糖類應(yīng)答中起保守進(jìn)化作用的新蛋白。最初運(yùn)用納升級(jí)液相色譜—串聯(lián)質(zhì)譜法獲得了563個(gè)差異點(diǎn)，通過(guò)DNA親和層析發(fā)現(xiàn)，307個(gè)差異點(diǎn)與核酸有關(guān)，經(jīng)生物信息學(xué)篩查最終確定了2個(gè)新蛋白。該研究不僅提高了我們對(duì)核蛋白的認(rèn)識(shí)，還提供了一種鑒定個(gè)別特殊因子的新方法。Tan等[20]為了研究水稻染色質(zhì)的構(gòu)成蛋白和高級(jí)結(jié)構(gòu)，提取水稻懸浮細(xì)胞的染色質(zhì)蛋白，經(jīng)二維電泳獲得972個(gè)蛋白點(diǎn)，隨后對(duì)這些蛋白點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)譜分析，共鑒定出509個(gè)蛋白點(diǎn)，對(duì)應(yīng)269種蛋白。對(duì)染色質(zhì)純化蛋白進(jìn)行鳥槍法分析發(fā)現(xiàn)，除4種常見的核心組蛋白外還鑒定出許多組蛋白變體。其他鑒定出的蛋白包括核小體組裝蛋白、高遷移率蛋白、組蛋白修飾蛋白、轉(zhuǎn)錄因子還有許多假設(shè)或功能未知的蛋白。

1.3 逆境脅迫下水稻蛋白質(zhì)組

在水稻生長(zhǎng)過(guò)程中往往會(huì)受到來(lái)自各方面的脅迫，有生物脅迫也有非生物脅迫。在各種脅迫情況下，水稻植株總會(huì)產(chǎn)生許多應(yīng)激反應(yīng)，然而對(duì)于這些應(yīng)激反應(yīng)的機(jī)制卻知之不多。蛋白質(zhì)組方法的誕生為研究這些應(yīng)激機(jī)制提供了便利，可以通過(guò)水稻在不同脅迫下產(chǎn)生的蛋白表達(dá)變化，分析不同脅迫對(duì)水稻的傷害機(jī)制及水稻對(duì)不同脅迫的適應(yīng)機(jī)制。

Agrawal等[21]運(yùn)用雙向電泳、氨基酸測(cè)序和免疫印跡技術(shù)首次研究了臭氧對(duì)水稻幼苗的影響。與對(duì)照相比共找到了52個(gè)差異表達(dá)的蛋白點(diǎn)，臭氧處理使得水稻葉片中的光合作用蛋白急劇減少，同時(shí)誘導(dǎo)許多與防御相關(guān)蛋白的表達(dá)。研究還發(fā)現(xiàn)，許多葉片中突出變化的蛋白都發(fā)生在臭氧處理后的24 h之內(nèi)，誘導(dǎo)了與發(fā)病機(jī)制相關(guān)的蛋白、抗壞血酸過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶、鈣結(jié)合蛋白等蛋白的表達(dá)。

Ventelon-Debout等[22]通過(guò)雙向電泳和質(zhì)譜鑒定技術(shù)研究了水稻在水稻黃斑病毒感染期間的蛋白表達(dá)譜。該研究選取了2個(gè)水稻品種作為試驗(yàn)材料，一個(gè)是易感染水稻黃斑病毒的IR64，另一個(gè)是對(duì)水稻黃斑病毒有一定抗性的Azucena。通過(guò)比較對(duì)照和病毒感染細(xì)胞的蛋白質(zhì)組，在IR64的表達(dá)譜中變化顯著的蛋白點(diǎn)有40個(gè)，而在Azucena的表達(dá)譜中變化顯著的蛋白點(diǎn)有24個(gè)。對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)譜鑒定，2個(gè)品種分別鑒定出19個(gè)和13個(gè)蛋白。這些蛋白屬于3大功能類別：新陳代謝相關(guān)蛋白、脅迫相關(guān)蛋白和翻譯相關(guān)蛋白。

Kim等[23]選用液體培養(yǎng)18 d的水稻幼苗作為試驗(yàn)材料，用鹽溶液處理3 d后比較水稻蛋白質(zhì)組的變化。比較對(duì)照組和處理組的水稻葉片蛋白表達(dá)譜，一共得到55個(gè)差異表達(dá)蛋白，其中有47個(gè)蛋白點(diǎn)在鹽處理后表達(dá)上調(diào)。隨后用納升級(jí)液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對(duì)這些蛋白點(diǎn)進(jìn)行鑒定，共鑒定出33個(gè)蛋白點(diǎn)。鑒定的這些蛋白多數(shù)參與主要的代謝過(guò)程，例如二氧化碳同化和光呼吸作用。此外，雙向電泳免疫印跡和酶活測(cè)定結(jié)果顯示關(guān)鍵的標(biāo)記酶的顯著變化與鹽脅迫氧化損傷有關(guān)。

Yan等[24]為了研究水稻在低溫脅迫下的應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)3周齡水稻幼苗分別在6 ℃處理6 h和24 h，隨后恢復(fù)24 h，再通過(guò)雙向電泳技術(shù)研究水稻葉片中蛋白質(zhì)的變化。對(duì)凝膠進(jìn)行分析共得到31個(gè)下調(diào)蛋白和65個(gè)上調(diào)蛋白。通過(guò)質(zhì)譜鑒定了85個(gè)差異表達(dá)的蛋白，涉及多種生理過(guò)程，包括信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、RNA加工、翻譯過(guò)程、蛋白質(zhì)加工、氧化還原平衡、光合作用、光呼吸作用，還有碳、氮、硫和能量代謝。

Fan等[8]選取2周齡水稻幼苗作為試驗(yàn)材料，分別用綿羊唾液處理2、6、12和24 h，通過(guò)蛋白質(zhì)組方法研究了水稻幼苗對(duì)綿羊唾液脅迫的反應(yīng)。定量分析表明，經(jīng)綿羊唾液處理后共有54個(gè)蛋白點(diǎn)的表達(dá)量發(fā)生了變化，19個(gè)蛋白點(diǎn)在處理2 h時(shí)發(fā)生變化（19個(gè)蛋白點(diǎn)中有1個(gè)在6 h和12 h時(shí)同樣發(fā)生變化，還有2個(gè)蛋白點(diǎn)分別在12 h和24 h時(shí)發(fā)生變化）；7個(gè)蛋白點(diǎn)在處理6 h時(shí)發(fā)生變化；16個(gè)蛋白點(diǎn)在12 h時(shí)發(fā)生變化（16個(gè)蛋白點(diǎn)中有1個(gè)在24 h時(shí)同樣發(fā)生變化）；16個(gè)蛋白點(diǎn)在處理24 h時(shí)發(fā)生變化。上述54個(gè)蛋白點(diǎn)通過(guò)質(zhì)譜鑒定出37個(gè)，根據(jù)功能將它們分為8類。有許多蛋白參與復(fù)雜的代謝途徑，例如過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物氧化酶、ATP合酶、3-磷酸甘油醛脫氫酶和核酮糖二磷酸羧化酶。

低濃度的亞硒酸鈉對(duì)水稻幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，高濃度的亞硒酸鈉會(huì)抑制水稻幼苗的生長(zhǎng)。為了研究硒引起這些反應(yīng)的詳細(xì)調(diào)控機(jī)制，Wang等[25]運(yùn)用雙向電泳和質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行了比較蛋白質(zhì)組研究。分別用3種不同濃度硒對(duì)水稻幼苗和根進(jìn)行處理，與對(duì)照相比分別得到66個(gè)和97個(gè)差異表達(dá)蛋白（3種處理濃度的總和），表明根比幼苗對(duì)硒處理表現(xiàn)出更為敏感。在這些差異點(diǎn)中，在3種濃度處理下都上調(diào)的蛋白點(diǎn)在苗和根中分別有8個(gè)和24個(gè)，在3種濃度處理下都下調(diào)的蛋白點(diǎn)在苗和根中分別有48個(gè)和46個(gè)，苗和根中分別有7個(gè)和17個(gè)蛋白點(diǎn)在低濃度處理下是上調(diào)的，但在高濃度處理下又發(fā)生了下調(diào)。此外，苗和根中分別還有3個(gè)和10個(gè)蛋白點(diǎn)在低濃度處理下是下調(diào)的，在高濃度處理下反而上調(diào)。經(jīng)質(zhì)譜完全鑒定，66個(gè)苗蛋白差異點(diǎn)鑒定為54種蛋白，97個(gè)根蛋白差異點(diǎn)鑒定為80種蛋白，其中只有7個(gè)蛋白均在苗和根中出現(xiàn)。Gene ontology和分類分析表明，初級(jí)代謝、光合作用和氧化還原平衡是最容易受硒處理影響的生理過(guò)程。低濃度的硒處理能活化抗氧化體系，增強(qiáng)光合作用和初級(jí)代謝作用。高濃度的硒處理會(huì)損傷光合作用裝置，抑制光合作用和初級(jí)代謝。

1.4 激素誘導(dǎo)下水稻蛋白質(zhì)組

激素在水稻的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著不可忽視的調(diào)控作用，運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究激素對(duì)水稻的調(diào)控作用可以通過(guò)蛋白表達(dá)的變化來(lái)推測(cè)激素對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控的作用機(jī)制。

Shen等[26]研究了水稻葉鞘經(jīng)5μmol/L赤霉素處理不同時(shí)間后的蛋白表達(dá)情況，經(jīng)2-DE分離和計(jì)算機(jī)圖像分析，共檢測(cè)到33個(gè)差異表達(dá)蛋白，其中21個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)上調(diào)，12個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)下調(diào)，說(shuō)明水稻葉鞘經(jīng)赤霉素處理至少有30多個(gè)基因產(chǎn)物與之相關(guān)。Rakwal等[27]研究了水稻各組織中受赤霉素調(diào)控的蛋白。作者分別研究了水稻葉鞘、根和懸浮細(xì)胞經(jīng)赤霉素處理前后的蛋白表達(dá)情況，葉鞘、根和懸浮細(xì)胞中分別獲得79、73和140個(gè)差異表達(dá)蛋白，這些蛋白點(diǎn)中分別鑒定出8、21和14個(gè)受赤霉素調(diào)控的蛋白。這些蛋白在葉鞘中參與一般的新陳代謝、能量產(chǎn)生、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，在根中參與代謝和防御作用，在懸浮細(xì)胞中參與代謝、能量產(chǎn)生、細(xì)胞生長(zhǎng)、防御和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

Tanaka等[28]在蛋白質(zhì)組水平上研究了外源的脫落酸對(duì)2周齡水稻幼苗葉片的影響。從葉片蛋白脫落酸處理前后蛋白表達(dá)譜上來(lái)看，脫落酸處理后的蛋白點(diǎn)與對(duì)照相比有顯著差異，共檢測(cè)到36個(gè)差異蛋白點(diǎn)。氨基酸序列分析表明，脫落酸主要引起光合蛋白、1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶和一些防御蛋白的劇烈變化。Kim等[29]研究了赤霉素和脫落酸在種子萌發(fā)過(guò)程中所起的作用，經(jīng)蛋白質(zhì)2-DE圖譜分析后得到16個(gè)受赤霉素或脫落酸顯著調(diào)控的蛋白，15個(gè)蛋白點(diǎn)經(jīng)赤霉素處理后表達(dá)上調(diào)，1個(gè)蛋白點(diǎn)經(jīng)脫落酸處理后表達(dá)下調(diào)。這些經(jīng)赤霉素處理增加而經(jīng)脫落酸處理后又減少的蛋白被視作赤霉素反應(yīng)蛋白。Zhang等[30]為了驗(yàn)證脫落酸是否在劣質(zhì)子粒灌漿期中起重要作用，采用基于雙向電泳的比較蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)來(lái)研究劣質(zhì)子粒經(jīng)外源的脫落酸處理后蛋白表達(dá)的變化。試驗(yàn)總共檢測(cè)到111個(gè)顯著差異的蛋白和31個(gè)磷蛋白。經(jīng)質(zhì)譜鑒定的蛋白和磷蛋白分別有100個(gè)和23個(gè)。這些差異表達(dá)的蛋白在防御、次級(jí)代謝以及細(xì)胞發(fā)育和光合作用中起著作用。

1.5 水稻突變體的蛋白質(zhì)組

突變體是遺傳學(xué)研究的重要材料，應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法對(duì)基因突變引起的蛋白質(zhì)表達(dá)變化進(jìn)行研究，可直觀地將差異表達(dá)的蛋白呈現(xiàn)出來(lái)，有助于揭示突變體的生理生化及遺傳機(jī)制，從而得到植物遺傳學(xué)的重要數(shù)據(jù)。

Komatsu等[31]比較了水稻綠苗和白化苗的蛋白質(zhì)2-DE圖譜，發(fā)現(xiàn)參與光合作用的蛋白質(zhì)只存在于綠苗中，而白化苗中僅以此蛋白質(zhì)前體的形式出現(xiàn)?？箟难徇^(guò)氧化物酶只存在于白化苗中，說(shuō)明抗氧化酶在水稻白化苗中起細(xì)胞保護(hù)的作用。王玉忠等[32]比較了溫敏失綠突變體水稻失綠前后的2-DE圖譜，發(fā)現(xiàn)失綠部分某蛋白P1特異缺失，在復(fù)綠后P1正常表達(dá)，推測(cè)該蛋白與葉綠素代謝密切相關(guān)。溫敏核不育水稻是兩系核不育水稻的重要育種材料，低溫下可育。謝錦云等[33]對(duì)不育和可育花藥樣品通過(guò)2-DE圖譜分離，發(fā)現(xiàn)從不育到可育的2-DE圖譜上，明顯上調(diào)的蛋白質(zhì)包括幾丁質(zhì)酶、酸性磷酸酶、谷蛋白前體等，明顯下調(diào)的蛋白有谷氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶等。模擬病斑突變體通常能在無(wú)病原物存在的情況下產(chǎn)生系統(tǒng)性過(guò)敏性壞死斑，并表現(xiàn)出對(duì)多種病原物抗性的提高。

Tsunezuka等[34]對(duì)一種cdr2突變體的3個(gè)病斑形成階段材料用2-DE分離，與野生型相比，有37個(gè)蛋白點(diǎn)差異表達(dá)，其中28個(gè)蛋白點(diǎn)在突變體中表達(dá)上調(diào)，9個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)下調(diào)，經(jīng)質(zhì)譜鑒定，差異表達(dá)的蛋白點(diǎn)與防御作用相關(guān)。此外代謝酶類蛋白有27個(gè)，暗示該突變體發(fā)生的細(xì)胞程序化死亡與活躍的代謝有關(guān)。Chen等[35]用藍(lán)綠膠和2-DE的方法對(duì)水稻黃綠突變體中葉綠體類囊體膜上的蛋白復(fù)合物進(jìn)行了分離，共鑒定了52個(gè)蛋白點(diǎn)。歐立軍[36]研究了溫敏核不育水稻淡黃葉突變體安農(nóng)810 S的葉綠體蛋白，發(fā)現(xiàn)突變體的葉綠體蛋白約為對(duì)照安農(nóng)810 S的55%，經(jīng)質(zhì)譜鑒定，與光合作用相關(guān)的差異蛋白點(diǎn)有13個(gè)，其中4個(gè)缺失蛋白，包括1個(gè)RuBP大亞基缺失。

2 前景和展望

水稻蛋白質(zhì)組學(xué)作為一門新興的學(xué)科已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前水稻蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)從組織器官、亞細(xì)胞水平、逆境脅迫、激素誘導(dǎo)、突變體等方面進(jìn)行了研究，并在蛋白鑒定和功能分析方面取得了巨大進(jìn)展，已建立了一些水稻蛋白質(zhì)組的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括各組織器官、亞細(xì)胞及不同發(fā)育期的雙向電泳圖譜。另外，水稻的逆境脅迫和激素的蛋白質(zhì)組學(xué)研究有利于提高水稻的品質(zhì)、產(chǎn)量。但是水稻蛋白質(zhì)組的研究還停留在一個(gè)比較基礎(chǔ)的層面上，大多數(shù)研究都只局限于一種組織、一種處理，單一地研究水稻生長(zhǎng)、發(fā)育、代謝調(diào)控機(jī)制，并沒(méi)有從系統(tǒng)的角度來(lái)看待這一問(wèn)題，在代謝途徑、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)方面的研究還有所欠缺。

隨著各種數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷豐富，生物信息學(xué)的發(fā)展，質(zhì)譜等高通量支撐技術(shù)的改進(jìn)，以及大規(guī)模水稻功能基因組的研究，將有利于實(shí)現(xiàn)水稻蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)和與其基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的整合，這有助于實(shí)現(xiàn)諸如水稻生長(zhǎng)、發(fā)育、進(jìn)化及代謝調(diào)控等生命活動(dòng)規(guī)律等方面的重大突破，有助于人們整體理解作為重要農(nóng)作物的水稻。另外，水稻的蛋白質(zhì)組學(xué)研究也為其他禾谷類農(nóng)作物的功能基因組研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總之，2-DE在目前的蛋白質(zhì)分離科學(xué)中仍然占有很重要的地位，與其他具有快速、高通量特征的方法相互補(bǔ)充將是當(dāng)前及未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)研究蛋白質(zhì)組的一種趨勢(shì)。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)研究的不斷深入，蛋白質(zhì)組學(xué)的規(guī)模和研究關(guān)注的焦點(diǎn)在不斷改變，需要發(fā)展生物計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)整合蛋白質(zhì)組的巨大數(shù)據(jù)并用以描述復(fù)雜生物系統(tǒng)，蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重點(diǎn)將從蛋白表達(dá)轉(zhuǎn)向蛋白功能研究。與此同時(shí)，完整的水稻蛋白質(zhì)組學(xué)還要深入研究蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTMs）以及蛋白質(zhì)之間相互作用復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，這是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的一項(xiàng)艱巨任務(wù)，也是今后研究的重點(diǎn)。

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