差異蛋白質(zhì)組學(xué)在水稻響應(yīng)逆境脅迫中的應(yīng)用

唐秀英，萬建林，王會(huì)民

(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 超級(jí)水稻研究發(fā)展中心，江西 南昌 330200)

隨著全球氣候持續(xù)變暖、土壤持續(xù)惡化，逆境脅迫越來越成為制約水稻生長發(fā)育、影響水稻產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素，如干旱、高溫、高鹽堿、病蟲害等。水稻感受這些逆境脅迫信號(hào)后通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)相關(guān)基因的表達(dá)水平及其表達(dá)產(chǎn)物的活性，進(jìn)而調(diào)整自身的生理狀態(tài)或形態(tài)來適應(yīng)不利環(huán)境［1］。蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的產(chǎn)物，是生物功能的直接體現(xiàn)者。通過對(duì)水稻抗逆性相關(guān)的蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)與水稻抗逆性相關(guān)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，以闡明水稻響應(yīng)逆境脅迫的分子機(jī)理，為水稻抗逆性育種奠定基礎(chǔ)。

1 差異蛋白質(zhì)組學(xué)簡介

近年來，隨著多個(gè)物種基因組測序的相繼完成，研究者們逐漸意識(shí)到，僅僅完成基因組的測序并不能闡明生物的功能，于是研究重心由結(jié)構(gòu)基因組學(xué)轉(zhuǎn)向功能基因組學(xué)。蛋白質(zhì)組學(xué)是功能基因組學(xué)的重要研究方法之一，它是一門研究細(xì)胞、組織和體液中的所有蛋白質(zhì)的表達(dá)水平、蛋白質(zhì)功能以及蛋白質(zhì)之間相互作用的學(xué)科［2］。

差異蛋白質(zhì)組學(xué)是蛋白質(zhì)組學(xué)普遍采用的策略之一，主要是篩選和鑒定不同狀態(tài)下各樣本間特異表達(dá)的蛋白質(zhì)，并獲取這些關(guān)鍵蛋白質(zhì)的功能，從而揭示生物機(jī)體對(duì)外界環(huán)境變化產(chǎn)生反應(yīng)的機(jī)制［3］。差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究包括3 大技術(shù):①雙向電泳技術(shù)，用于分離樣品蛋白質(zhì);②質(zhì)譜分析技術(shù)，用于鑒定差異表達(dá)的蛋白質(zhì);③生物信息學(xué)技術(shù)，用于分析蛋白質(zhì)功能。由于差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究重在找出關(guān)鍵的差異蛋白，并不要求捕獲全部蛋白，所以在技術(shù)上具有更高的可實(shí)現(xiàn)性和廣泛的應(yīng)用前景［4］。

2 水稻在非生物逆境脅迫下的差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究

一些非生物逆境脅迫因子，如干旱、洪澇、高溫、低溫、高鹽堿、重金屬等對(duì)水稻的生長發(fā)育產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，當(dāng)感受到這些脅迫信號(hào)后，為了適應(yīng)外界環(huán)境，水稻體內(nèi)部分蛋白質(zhì)發(fā)生差異表達(dá)，對(duì)這些差異表達(dá)的蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，以闡明水稻響應(yīng)非生物逆境脅迫的分子機(jī)制。

2.1 鹽脅迫

土壤中的鹽濃度過高，水稻生長發(fā)育會(huì)受到抑制，嚴(yán)重者將出現(xiàn)死亡。在鹽脅迫條件下，水稻體內(nèi)蛋白質(zhì)組表達(dá)水平發(fā)生變化，并通過滲透調(diào)節(jié)方式維持植株體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定［5］。水稻的耐鹽機(jī)制非常復(fù)雜，它是由許多耐鹽基因和若干信號(hào)分子組成的網(wǎng)絡(luò)通過相互協(xié)調(diào)來發(fā)揮作用的。蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展為分離和鑒定更多的鹽脅迫相關(guān)蛋白及進(jìn)一步研究水稻抗鹽脅迫的分子機(jī)制提供有力保障。

Nam 等［6］用150 mmol/L NaCl 對(duì)野生型和OSRK1 轉(zhuǎn)基因水稻進(jìn)行處理，提取根部蛋白進(jìn)行雙向電泳和質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)在野生型水稻中有52 個(gè)響應(yīng)鹽脅迫的蛋白質(zhì)點(diǎn)表達(dá)發(fā)生明顯變化，其中主要為一些與能量代謝、氨基酸代謝、丙酮醛解毒、氧化還原調(diào)節(jié)以及蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換相關(guān)的蛋白質(zhì)在鹽脅迫下表達(dá)量上調(diào)，而與GA(赤霉素)誘導(dǎo)根系生長的酶(如二磷酸果糖酶、甲基丙二酸半醛脫氫酶)表達(dá)下調(diào);相反，在OSRK1 轉(zhuǎn)基因水稻中僅僅只有幾種蛋白質(zhì)表達(dá)發(fā)生變化。可以看出，OSRK1 轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)鹽脅迫逆境反應(yīng)較野生型不顯著。

白宇杰［7］對(duì)雜交水稻汕優(yōu)10 號(hào)和兩優(yōu)培九的早期幼苗(10 d 苗齡)分別進(jìn)行鹽脅迫響應(yīng)蛋白的研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)鹽脅迫處理后的汕優(yōu)10 號(hào)和兩優(yōu)培九的葉片中分別有25 個(gè)和40 個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)明顯表達(dá)上調(diào)，其中有15 個(gè)點(diǎn)在兩個(gè)品種中均上調(diào)表達(dá)。對(duì)其中6 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)譜鑒定，有2 個(gè)蛋白質(zhì)得到鑒定，分別為磷酸丙酮酸水合酶和核酮糖1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶。在根中，鹽脅迫處理后的汕優(yōu)10 號(hào)中有96 個(gè)點(diǎn)表達(dá)上調(diào)，73 個(gè)點(diǎn)表達(dá)下調(diào)，而兩優(yōu)培九中有68 個(gè)點(diǎn)表達(dá)上調(diào)，85 個(gè)點(diǎn)表達(dá)下調(diào)。選擇其中11個(gè)蛋白點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)譜鑒定，有8 個(gè)得到鑒定，分別為類甜蛋白、zeamatin 蛋白、球蛋白2S、幾丁質(zhì)酶、糖苷水解酶、乙二醛酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶、抗壞血酸過氧化物酶。這些表達(dá)差異的蛋白質(zhì)與汕優(yōu)10 號(hào)和兩優(yōu)培九的耐鹽能力不同密切相關(guān)。

劉釗等［8］采用蛋白質(zhì)組策略，用免疫印跡調(diào)查了5 個(gè)PP2Ac 類磷酸酶蛋白質(zhì)在水稻苗期鹽脅迫條件下的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在耐鹽水稻品種蘭勝中，OsPP2Ac-4 的表達(dá)上調(diào)，在鹽敏感的水稻品種9311 中，Os-PP2Ac-2、OsPP2Ac-3 和OsPP2Ac-5 的表達(dá)也發(fā)生了上調(diào)，但PP2Ac-4 的表達(dá)下調(diào)。比較2 個(gè)品種間OsPP2Ac 蛋白質(zhì)的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在正常生長條件下，PP2Ac 蛋白質(zhì)的表達(dá)沒有顯著區(qū)別且基本保持恒定，其表達(dá)變化僅發(fā)生在鹽脅迫條件下。因此，水稻PP2Ac 家族蛋白質(zhì)的表達(dá)受鹽脅迫的誘導(dǎo)。以上研究可以看出，在鹽脅迫條件下，與逆境脅迫相關(guān)的蛋白質(zhì)(如氧化還原酶、水解酶等)表達(dá)量發(fā)生了變化，對(duì)這些差異表達(dá)的蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，有助于闡明水稻響應(yīng)鹽脅迫反應(yīng)的分子機(jī)理。

2.2 溫度脅迫

溫度脅迫是水稻重要的非生物逆境脅迫之一，對(duì)水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)等都會(huì)產(chǎn)生重要影響。高溫會(huì)加速水稻的生長和發(fā)育進(jìn)程而縮短生育期，導(dǎo)致水稻各個(gè)性狀的生長、發(fā)育和分化的時(shí)間也相應(yīng)的縮短而不利于這些性狀的正常形成［9］。低溫冷害會(huì)對(duì)水稻造成生理損傷，導(dǎo)致水稻生長緩慢、發(fā)育不良，最終造成產(chǎn)量減少、品質(zhì)下降。水稻接受到這些不利溫度的信號(hào)后，通過信號(hào)傳導(dǎo)途徑，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)溫度脅迫蛋白的表達(dá)，以適應(yīng)和對(duì)抗不良環(huán)境［10］。Hashimoto 和Komatsu［11］將水稻幼苗置于5 ℃中處理48 h 后，水稻的劍葉、葉鞘和根系中與逆境脅迫相關(guān)的蛋白質(zhì)表達(dá)量增加，而與防衛(wèi)相關(guān)的蛋白質(zhì)表達(dá)量減少。

楊輝［12］用轉(zhuǎn)LeERF2 基因水稻、野生型水稻幼苗分別在正常溫度和低溫條件下處理，經(jīng)雙向電泳分離，共得到179 個(gè)響應(yīng)低溫脅迫應(yīng)答的蛋白質(zhì)點(diǎn)，其中146 個(gè)差異表達(dá)的蛋白質(zhì)點(diǎn)得到質(zhì)譜鑒定。在低溫處理下，轉(zhuǎn)LeERF2 基因水稻與野生型水稻比較發(fā)現(xiàn)，地上部分有7 個(gè)差異蛋白點(diǎn)，其中4 個(gè)蛋白點(diǎn)只在轉(zhuǎn)LeERF2 基因水稻中表達(dá)，2 個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)下調(diào)，1 個(gè)蛋白點(diǎn)只在野生型水稻中表達(dá);地下部分有22 個(gè)差異蛋白點(diǎn)，其中6 個(gè)蛋白點(diǎn)只在轉(zhuǎn)LeERF2 基因水稻中表達(dá)，3 個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量上調(diào)，4 個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量下調(diào)，9 個(gè)蛋白點(diǎn)只在野生型水稻種表達(dá)?？梢酝茰y這些差異表達(dá)的蛋白質(zhì)與轉(zhuǎn)LeERF2 基因水稻的耐低溫性能密切相關(guān)。

Jagadish 等［13］分別將處于開花期的Moroberekan、IR64 和N22(耐熱性能高的水稻品種)置于38 ℃的高溫條件下處理6 h，并設(shè)置一個(gè)對(duì)照組(即置于29 ℃的正常溫度下處理6 h)，然后分別收集小穗用于提取蛋白。經(jīng)雙向電泳分離，共得到46 個(gè)明顯表達(dá)的差異蛋白質(zhì)點(diǎn);經(jīng)質(zhì)譜分析，13 個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)得到鑒定，其中，在N22 中，冷熱休克蛋白的表達(dá)量明顯上調(diào)，這種蛋白有助于提高植物的耐熱能力。

周偉輝等［14］研究了高溫對(duì)水稻苗期或抽穗期的影響，結(jié)果表明，高溫使光合作用相關(guān)蛋白、能量類蛋白、代謝類蛋白表達(dá)量下降，抗逆相關(guān)蛋白表達(dá)量上升，并首次發(fā)現(xiàn)抗逆相關(guān)蛋白2-cys 過氧化物酶BAS1 的表達(dá)量在高溫脅迫下上升。這些與溫度脅迫差異表達(dá)蛋白質(zhì)的發(fā)現(xiàn)為今后選育抗高溫或低溫水稻品種提供科學(xué)依據(jù)。

2.3 水分脅迫

當(dāng)水稻發(fā)生干旱或者水澇時(shí)，細(xì)胞通過感知和傳導(dǎo)干旱或水澇脅迫信號(hào)，關(guān)閉和啟動(dòng)某些基因表達(dá)，誘導(dǎo)產(chǎn)生與干旱或水澇脅迫相關(guān)的蛋白質(zhì)，從而引起一系列形態(tài)、生理和生化上的反應(yīng)，如氣孔關(guān)閉、葉片卷曲、植株衰老和根系活力下降。

商奇［15］研究了PEG6000 模擬干旱對(duì)中早3 號(hào)、汕優(yōu)63 和矮仔占的蛋白質(zhì)組的影響，結(jié)果表明，PEG6000 模擬干旱脅迫對(duì)矮仔占葉片中的蛋白質(zhì)的表達(dá)僅有抑制作用，未見誘導(dǎo)作用;對(duì)汕優(yōu)63 葉片中的蛋白質(zhì)表達(dá)既有抑制作用，也有誘導(dǎo)作用;對(duì)中旱3 號(hào)葉片中蛋白質(zhì)的表達(dá)僅有誘導(dǎo)作用，未見抑制作用。這說明中早3 號(hào)、汕優(yōu)63 和矮仔占的抗旱性能不一致。

Salekdeh 等［16］研究了粳稻CT9993 和秈稻IR62266 在干旱脅迫以及恢復(fù)灌溉后的葉片蛋白質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下有42 個(gè)蛋白質(zhì)表達(dá)量發(fā)生變化，16 個(gè)蛋白質(zhì)功能得到鑒定，其中首次獲得4 種新的與干旱脅迫相關(guān)的蛋白質(zhì)，這為研究水稻響應(yīng)干旱脅迫提供了有價(jià)值的參考。

Ali 和Komatsu［17］對(duì)2 周齡的水稻幼苗進(jìn)行干旱處理2～6 d 后提取葉鞘蛋白質(zhì)進(jìn)行雙手電泳和質(zhì)譜鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在葉鞘中有10 個(gè)蛋白質(zhì)表達(dá)上調(diào)，2 個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)表達(dá)下調(diào)，這些應(yīng)答干旱脅迫的蛋白質(zhì)與水稻的光合作用、呼吸代謝、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、植物防御以及信號(hào)傳導(dǎo)等相關(guān)。對(duì)干旱脅迫相關(guān)蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，為選育抗旱品種奠定基礎(chǔ)。

2.4 養(yǎng)分脅迫

水稻在生長發(fā)育進(jìn)程中若缺乏正常所需要的養(yǎng)分，會(huì)影響植株體內(nèi)的各種生理代謝過程，從而引起營養(yǎng)器官和生殖器官的發(fā)育不正常，并表現(xiàn)出特有的生理病態(tài)反應(yīng)［18］，如植株提前衰老、結(jié)實(shí)率偏低、空秕粒增加。

謝金水等［19］研究了養(yǎng)分脅迫對(duì)水稻威優(yōu)916 功能葉片的影響，發(fā)現(xiàn)34 個(gè)差異表達(dá)蛋白質(zhì)，其中26個(gè)蛋白質(zhì)功能得到鑒定，包括11 個(gè)參與光合作用蛋白質(zhì)，4 個(gè)參與呼吸作用蛋白質(zhì)，10 個(gè)參與抗氧化及信號(hào)蛋白質(zhì)和1 個(gè)未知功能蛋白質(zhì)。分析結(jié)果表明，養(yǎng)分脅迫下，水稻葉片光合作用及呼吸作用顯著下降;清除活性氧類蛋白質(zhì)表達(dá)量下調(diào)，活性氧生產(chǎn)蛋白質(zhì)及脅迫信號(hào)傳導(dǎo)蛋白質(zhì)表達(dá)量上調(diào)，水稻抗性減弱，葉片中活性氧積累，水稻衰老加劇。

邵彩虹等［20］研究了養(yǎng)分脅迫對(duì)雜交水稻威優(yōu)916 生育后期根系衰老影響的蛋白質(zhì)組學(xué)，獲得了23 個(gè)發(fā)生差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，經(jīng)質(zhì)譜分析，17 個(gè)蛋白質(zhì)功能得到鑒定，包括2 個(gè)呼吸代謝相關(guān)蛋白質(zhì)、7個(gè)根系生長發(fā)育相關(guān)蛋白質(zhì)、6 個(gè)逆境相關(guān)蛋白質(zhì)及2 個(gè)未知功能蛋白質(zhì)。這些差異表達(dá)的蛋白質(zhì)為揭示水稻后期根系衰老的分子機(jī)理提供理論依據(jù)。

Kim 等［21］對(duì)水稻品種BG90-2 在低氮條件下葉片蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行了研究，41 個(gè)蛋白質(zhì)得到鑒定，其中大部分與光合作用、能量代謝和氧化應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)，此外還發(fā)現(xiàn)一些參與防御、鐵離子平衡等相關(guān)的蛋白質(zhì)。以上研究表明，在養(yǎng)分脅迫下，水稻中與光合作用、呼吸作用以及與逆境相關(guān)的蛋白質(zhì)的表達(dá)量發(fā)生變化，這為研究水稻響應(yīng)養(yǎng)分脅迫的分子機(jī)理提供理論依據(jù)。

2.5 重金屬脅迫

在作物生產(chǎn)上，重金屬脅迫會(huì)導(dǎo)致作物種子萌發(fā)率偏低、株高偏矮、根系偏短、葉綠素含量偏低，從而影響作物的產(chǎn)量［22］。植株感應(yīng)到高濃度的重金屬信號(hào)后體內(nèi)各種抗氧化酶的活性受到抑制［23］，使植株體內(nèi)產(chǎn)生過量的活性氧自由基，從而發(fā)生一系列生理生化反應(yīng);當(dāng)重金屬超過一定濃度的時(shí)候，還會(huì)引起DNA 和蛋白質(zhì)交聯(lián)，造成DNA 損傷和蛋白質(zhì)水解［24］。印莉萍等［25］對(duì)缺鐵誘導(dǎo)的水稻根蛋白質(zhì)組進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)了23 個(gè)差異蛋白質(zhì)，其中缺鐵誘導(dǎo)加強(qiáng)的有4 個(gè)，減弱的有2 個(gè)，特異的有7 個(gè)。

肖清鐵等［26］應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法分析了抗鎘品種PI312777 和鎘敏感品種IR24 葉片對(duì)鎘脅迫響應(yīng)的蛋白質(zhì)差異表達(dá)。結(jié)果顯示，鎘脅迫下PI312777 葉片中共檢測到31 個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn)，其中24個(gè)得到質(zhì)譜鑒定;IR24 葉片中共檢測到19 個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn)，其中15 個(gè)得到鑒定。此外，在PI312777葉片中熱激蛋白、谷胱甘肽還原酶、蛋白酶體α 亞基6 型、果糖1，6-二磷酸醛縮酶、硫氧還蛋白和DNA重組修復(fù)蛋白均上調(diào)表達(dá);IR24 葉片中熱激蛋白、谷胱甘肽還原酶、蛋白酶體α 亞基6 型的表達(dá)無顯著差異，果糖1，6-二磷酸醛縮酶和硫氧還蛋白下調(diào)表達(dá)，而DNA 重組修復(fù)蛋白在IR24 葉片中沒有表達(dá)。這說明PI312777 比IR24 具有更強(qiáng)的鎘抗性與這些差異表達(dá)的蛋白質(zhì)密切相關(guān)。此研究為培育低鎘水稻新品種提供理論依據(jù)。

Zhang 等［27］從蛋白質(zhì)組學(xué)方面研究了銅脅迫對(duì)水稻發(fā)芽后胚的影響，經(jīng)雙向電泳和質(zhì)譜分析，在銅脅迫下，16 種差異表達(dá)蛋白質(zhì)得到鑒定，其中有13 種蛋白質(zhì)表達(dá)量上調(diào)，包括金屬硫因蛋白、膜相關(guān)蛋白、壁相關(guān)蛋白激酶、病程相關(guān)蛋白以及結(jié)合蛋白R(shí)ab2;3 種蛋白質(zhì)表達(dá)量下調(diào)，包括細(xì)胞色素P450、硫氧還蛋白和GTP 酶。在這些差異表達(dá)的蛋白質(zhì)中，金屬硫因蛋白和細(xì)胞色素P450 是第一次報(bào)道與植物響應(yīng)銅脅迫相關(guān)的蛋白質(zhì)，這為進(jìn)一步了解植物抗銅脅迫的分子機(jī)理提供了可能。

2.6 其他非生物逆境脅迫

光脅迫是影響作物光合潛能和產(chǎn)量的重要因素之一，強(qiáng)/弱光脅迫影響光合系統(tǒng)，抑制光合潛能，最終導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降［28-29］。Yang 等［30］對(duì)處于黑暗生長兩周齡水稻幼苗的去黃化過程中蛋白質(zhì)組變化情況進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有52 個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)發(fā)生了差異表達(dá)，其中51 個(gè)得到鑒定，大部分蛋白質(zhì)參與了光合作用、光合碳同化、葉綠素合成、抗氧化和解毒作用。

植株遭遇機(jī)械損傷脅迫時(shí)(如動(dòng)物啃食)，體內(nèi)能夠產(chǎn)生特異的抗性蛋白以實(shí)現(xiàn)自我防御［31］。Shen［32］等首次對(duì)水稻葉鞘響應(yīng)機(jī)械損傷后的蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究，結(jié)果表明葉鞘受損后抑制鈣網(wǎng)蛋白、組蛋白H1、血紅蛋白和過氧化物酶的表達(dá)，而誘導(dǎo)胰蛋白酶抑制劑、蛋白激酶、鈣調(diào)蛋白、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶小亞基和甘露糖結(jié)合植物凝集素的表達(dá)，其中有4 種蛋白質(zhì)被證實(shí)與植物機(jī)械損傷相關(guān)。

臭氧脅迫影響植物葉片對(duì)光能的利用，降低光合速率，減少光合產(chǎn)物［33］。水稻為適應(yīng)臭氧脅迫環(huán)境，調(diào)節(jié)基因表達(dá)水平和表達(dá)產(chǎn)物，啟動(dòng)防御保護(hù)機(jī)制。Sawada 等［34］對(duì)3 個(gè)水稻品種(Kirara 397、越光、Takanari)的旗葉應(yīng)答臭氧損傷后的蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與光合作用和糖酵解相關(guān)的蛋白質(zhì)在Kirara 397 中表達(dá)量下調(diào)，而在越光水稻中表達(dá)量上調(diào)，在Takanari 表達(dá)量變化不明顯。這說明3個(gè)品種對(duì)臭氧的敏感性不一致。

3 水稻在生物逆境脅迫下的蛋白質(zhì)組學(xué)研究

水稻在生長發(fā)育過程中除了受到干旱、高溫、鹽堿等非生物逆境脅迫外，還會(huì)受來自到動(dòng)物、微生物、病菌等生物逆境脅迫，當(dāng)水稻遭受生物因子侵害時(shí)，將通過改變自身體內(nèi)蛋白質(zhì)的表達(dá)和活性來完成對(duì)這些信號(hào)的感應(yīng)、傳遞以及發(fā)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)來適應(yīng)外界生物的侵害［35］。

3.1 病害脅迫

病害嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量，目前，最有效的控病方法就是研究致病機(jī)理，培育抗病品種。張曉婷等［36］對(duì)水稻感病品種武育粳3 號(hào)和抗病品種KT95-418 感染水稻條紋病毒前后的葉片進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，結(jié)果顯示，RSV 基因組編碼的病毒特異蛋白在武育粳3 號(hào)中的表達(dá)量明顯高于KT95-418，此外，與光合作用、細(xì)胞氧化還原和離子平衡以及蛋白的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、翻譯后修飾等相關(guān)蛋白發(fā)生了差異表達(dá)。這些差異表達(dá)的蛋白質(zhì)可能與水稻抗、感病的作用相關(guān)。

陳賢［37］以抗病品種疣粒野生稻和感病品種日本晴為研究材料，分析了疣粒野生稻懸浮細(xì)胞在白葉枯病脅迫24 h 的外分泌蛋白質(zhì)組變化，發(fā)現(xiàn)有25 個(gè)蛋白質(zhì)只在疣粒野生稻中合成，它們分別為抗病蛋白、防御蛋白、細(xì)胞加固蛋白、活性氧代謝蛋白、多糖代謝蛋白、蛋白修飾蛋白以及參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的蛋白，這些蛋白在疣粒野生稻抗病過程中具有重要作用，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步研究水稻抗白葉枯病機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

陳芳育等［38］運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)分析高抗水稻品種“佳輻占”受細(xì)菌性條斑病病原菌侵染2 d 后的葉片蛋白質(zhì)組變化，發(fā)現(xiàn)有38 個(gè)蛋白質(zhì)發(fā)生差異表達(dá)，其中33 個(gè)蛋白質(zhì)得到鑒定，這些蛋白質(zhì)分別參與了信號(hào)識(shí)別、信號(hào)傳遞、抗氧化、糖代謝、細(xì)胞壁加固、植保素合成等抗病生理反應(yīng)。對(duì)水稻病害脅迫蛋白質(zhì)進(jìn)行研究為進(jìn)一步解釋水稻對(duì)病害的抗性機(jī)理及相關(guān)抗病基因的克隆提供了依據(jù)。

3.2 蟲害脅迫

褐飛虱是水稻主要害蟲之一，受害植株葉子變枯、莖下部變黑腐爛，且被褐飛虱刺破的傷口易發(fā)生菌核病和紋枯病，嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量。Sangha 等［39］使用蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究了水稻品種IR64 野生型和近等基因突變型被褐飛虱危害的響應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在野生型水稻中有65 種蛋白質(zhì)發(fā)生了差異表達(dá)，52種蛋白質(zhì)得到質(zhì)譜鑒定。經(jīng)過分析，有22 種蛋白質(zhì)與水稻品種的抗性相關(guān)，在易感突變體中10 個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)的表達(dá)量發(fā)生了變化，在抗性突變體中有12 個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)發(fā)生了差異表達(dá)，這12 個(gè)蛋白質(zhì)包括類核糖核酸酶、乙二醛酶Ⅰ、EFTu1 蛋白因子和鹽脅迫根蛋白。其中，類核糖核酸酶在抗性突變體中大量表達(dá)，在IR64 中表達(dá)量沒有發(fā)生變化，但在易感突變體中表達(dá)量下調(diào)。這些在抗性突變體中表達(dá)差異的蛋白質(zhì)可以提高對(duì)褐飛虱的抗性。

4 結(jié)語

蛋白質(zhì)組學(xué)作為一種工具、方法，正越來越廣泛的被研究者們采用，然而由于一些技術(shù)尚未成熟(如無法分離極性pH 值的蛋白質(zhì)、無法檢測到極微量的蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫難以完善等)，給研究帶來了困難，所以要繼續(xù)發(fā)展、完善蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，只有等這些技術(shù)得到真正的發(fā)展、成熟，才能為蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)，為水稻育種服務(wù)。

差異蛋白質(zhì)組學(xué)作為蛋白質(zhì)組學(xué)的策略之一，也正廣泛的應(yīng)用于水稻相關(guān)性狀的研究，如水稻的抗逆性、雄性/雌性不育性［40］、種子耐貯藏性［41］等，尤其是對(duì)水稻的抗逆性研究較為廣泛。目前，研究者們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和鑒定了一大批與水稻抗逆性相關(guān)的蛋白質(zhì)，并且取得了許多成果，但距完全解析這些蛋白質(zhì)還有很大的距離，因?yàn)樗卷憫?yīng)逆境脅迫的過程是一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)體系，涉及到一系列復(fù)雜信號(hào)分子傳遞(誘導(dǎo)或者阻遏相關(guān)蛋白質(zhì)合成)、蛋白質(zhì)翻譯后修飾(使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能更加完善)等，所以水稻抗逆性研究的下一步工作重點(diǎn)將是進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯后修飾、蛋白質(zhì)與信號(hào)分子之間的相互作用等方面的研究［42］。

生物體是由基因、蛋白質(zhì)、RNA、生物小分子等組成的一個(gè)與外部環(huán)境密切相關(guān)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，只有把這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為一個(gè)整體、系統(tǒng)來研究，才能解釋生物體整體的行為。用蛋白質(zhì)組學(xué)的方法來研究水稻的抗逆性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須把基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及代謝組學(xué)等學(xué)科交叉結(jié)合起來研究，才能真正揭示水稻的抗逆性機(jī)理，為水稻的抗逆性育種提供強(qiáng)有力的支撐。

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