沙冬青屬植物響應(yīng)非生物脅迫的蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展

蘭玉婷 王雙蕾 李征珍 馮金朝 王曉東，3 石莎

（1. 中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京 100081；2. 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心/城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085；3. 中央民族大學(xué)生物成像與系統(tǒng)生物學(xué)研究中心，北京 100081）

沙冬青屬（Ammopiptanthus）植物是第三紀(jì)古地中海沿岸的孑遺植物，也是西北荒漠生態(tài)系統(tǒng)中唯一超旱生常綠闊葉灌木［1］，該屬僅有新疆沙冬青（A.nanus（M.Pop.）Cheng f.）和蒙古沙冬青（A.mongolicus（Maxim）Cheng f.）2個(gè)種。其中，新疆沙冬青被列為國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物（瀕危種），蒙古沙冬青被列為國(guó)家三級(jí)保護(hù)植物（漸危種）［2］，且2個(gè)種遺傳多樣性均較低［3］。沙冬青屬植物大多數(shù)分布于礫質(zhì)或沙質(zhì)黏土的荒漠地帶，能夠在年降水量低于200 mm，蒸發(fā)量2 000-4 000 mm，極端低溫-24.8℃和極端高溫37.7℃的惡劣環(huán)境下正常生長(zhǎng)［4］。研究表明，在逆境信號(hào)的誘導(dǎo)下，植物可通過(guò)一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)相關(guān)抗逆蛋白質(zhì)和基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)整自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化水平來(lái)提高對(duì)逆境的耐受能力［5］。沙冬青屬植物在長(zhǎng)期適應(yīng)惡劣環(huán)境過(guò)程中進(jìn)化出較強(qiáng)的耐低溫、耐干旱、耐鹽堿等抗逆能力，對(duì)于開(kāi)展植物抗逆機(jī)制和適應(yīng)機(jī)制的研究具有重要的生態(tài)價(jià)值和科研價(jià)值。

隨著基因組計(jì)劃的完成，生命科學(xué)進(jìn)入以“組學(xué)”為代表的后基因時(shí)代。蛋白質(zhì)組（Proteome）概念由澳大利亞學(xué)者Wilkins等［6］于1994年首次提出，其定義為“一個(gè)基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)”，即細(xì)胞或組織或機(jī)體在特定時(shí)間和空間上表達(dá)的所有蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)從大規(guī)模水平上研究蛋白質(zhì)的特征，進(jìn)而探索蛋白質(zhì)的表達(dá)模式和功能模式。迄今為止，研究蛋白質(zhì)組學(xué)的核心技術(shù)包括雙向電泳（Two-dimensional electrophoresis，2-DE）、質(zhì)譜（Mass spectrometry，MS）和生物信息學(xué)（Bioinformatics）等［7］。除此之外，相對(duì)和絕對(duì)定量同位素標(biāo)記（Isobaric-tags for relative and absolute quantitation，iTRAQ）［8］、四維正交凝膠電泳系統(tǒng)（Fourdimensional orthogonal electrophoresis system，4-DES）［9］、新型的鄰近催化標(biāo)記分子工具（Pupylation-based interaction tagging，PUP-IT）［10］、基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（Matrix-assisted Laser desorption ionization time of flight MS，MALDI-TOF-MS）［11］、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（Liquid chromatography-tandem MS，LC-MS/MS）［12］等新型蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)推動(dòng)了定量蛋白質(zhì)組學(xué)、蛋白質(zhì)復(fù)合體以及蛋白質(zhì)相互作用標(biāo)記或網(wǎng)絡(luò)分析的發(fā)展。

植物在生長(zhǎng)發(fā)育周期中會(huì)受到各種不利環(huán)境因子影響，蛋白質(zhì)不僅通過(guò)調(diào)整生理特性直接參與形成新的表型以適應(yīng)環(huán)境變化［13］，還可以在轉(zhuǎn)錄水平和蛋白質(zhì)水平調(diào)控植物逆境脅迫應(yīng)答［14］。因此，蛋白質(zhì)在植物脅迫響應(yīng)中的作用是至關(guān)重要的。利用蛋白質(zhì)組學(xué)方法系統(tǒng)地研究沙冬青屬植物響應(yīng)脅迫時(shí)其細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組成及其活動(dòng)規(guī)律，可以從整體和動(dòng)態(tài)的蛋白質(zhì)水平上來(lái)探討并揭示其對(duì)不良環(huán)境條件的適應(yīng)機(jī)制和防御機(jī)制。

沙冬青屬植物受到非生物脅迫時(shí)會(huì)通過(guò)一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因調(diào)控和蛋白質(zhì)表達(dá)等過(guò)程完成對(duì)逆境信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)和響應(yīng)。如初始階段：非生物脅迫引起沙冬青屬植物強(qiáng)氧化應(yīng)激和滲透應(yīng)激，誘導(dǎo)應(yīng)激信號(hào)觸發(fā)下游信號(hào)傳導(dǎo)；馴化階段：基因表達(dá)調(diào)控以及誘導(dǎo)合成特殊蛋白質(zhì)、應(yīng)激蛋白質(zhì)、活性氧清除酶和滲透保護(hù)劑等；最終階段：重建體內(nèi)平衡并保護(hù)和修復(fù)受損蛋白質(zhì)，建立新的細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)（圖 1）。

近年來(lái)，以蒙古沙冬青為研究對(duì)象利用基因組學(xué)在分子水平研究其響應(yīng)逆境脅迫機(jī)制已取得一些重要成果，如Fei等［15］通過(guò)miRNAs介導(dǎo)的基因調(diào)控提高了蒙古沙冬青的耐旱性，并鑒定了一些保守和新的非保守miRNAs；Tao等［16］利用Illumina/Solexa測(cè)序技術(shù)對(duì)蒙古沙冬青轉(zhuǎn)錄組測(cè)序并鑒定了一系列cDNA unigenes，促進(jìn)冷應(yīng)激相關(guān)基因的研究。但是，目前對(duì)于沙冬青屬植物響應(yīng)逆境脅迫的蛋白質(zhì)組學(xué)研究相對(duì)較少。因此，本文主要綜述了沙冬青屬植物對(duì)低溫、干旱和鹽堿等非生物脅迫響應(yīng)的蛋白質(zhì)組學(xué)最新研究進(jìn)展，旨在從蛋白質(zhì)組水平為珍稀瀕危沙冬青屬植物抗逆分子機(jī)制的研究及保育工作提供一定的參考依據(jù)。

1 沙冬青屬植物對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)

低溫是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育和地理分布的重要非生物脅迫因子之一，尤其是對(duì)多年生木本植物具有顯著的影響［18］。沙冬青屬植物對(duì)低溫的耐受能力是對(duì)極端環(huán)境條件長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果。近年來(lái)，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)分析手段的發(fā)展與完善，沙冬青屬植物響應(yīng)低溫脅迫分子機(jī)制研究得到進(jìn)一步解析。低溫會(huì)影響沙冬青屬植物蛋白質(zhì)表達(dá)豐度的變化。Lu等［19］利用2-DE比較-29℃和-5℃ 2種不同環(huán)境條件下的新疆沙冬青葉片的蛋白質(zhì)組特征，發(fā)現(xiàn)在-29℃極端溫度條件下，沙冬青葉片中共有39個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)表達(dá)豐度發(fā)生了顯著變化，其中19個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)表達(dá)上調(diào)，20個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)表達(dá)下調(diào)。利用MALDI-TOF- TOF鑒定了在2種不同環(huán)境條件下沙冬青葉片中多種差異顯著蛋白質(zhì)，主要包括液泡膜H+-ATPase A1亞基、甘氨酸裂解系統(tǒng)T蛋白質(zhì)等，這些差異蛋白質(zhì)的功能主要涉及光合作用、蛋白質(zhì)合成及生物防御等。

圖1 沙冬青屬植物響應(yīng)非生物脅迫的模式圖（改自Wang等［17］）

低溫脅迫下沙冬青屬植物體內(nèi)會(huì)有大量基因表達(dá)，誘導(dǎo)合成冷脅迫響應(yīng)蛋白質(zhì)來(lái)抵御不利環(huán)境，如熱穩(wěn)定的抗凍蛋白質(zhì)（Antifreeze proteins，AFPs）、胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白質(zhì)（Late embryogenesis abundant proteins，LEA）等。研究表明，逆境誘導(dǎo)蛋白質(zhì)對(duì)于植物適應(yīng)逆境環(huán)境起到保護(hù)作用，可以提高植物耐脅迫能力［20］。一些植物中的熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)和抗凍性有關(guān)［21］，并發(fā)現(xiàn)它們和品種的抗凍性呈現(xiàn)相關(guān)性，可以作為抗凍指標(biāo)［22］。

1994年，F(xiàn)ei等［23］首次分離和部分純化了木本植物蒙古沙冬青高活性的AFPs，其抗凍活性高于魚類及黑麥AFPs活性。隨后研究從蒙古沙冬青分離純化出了含糖基的抗凍蛋白質(zhì)，其二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋占11%，反平行β-折疊占34%，無(wú)規(guī)則卷曲占55%。植物AFPs與某些魚類的AFPs具有一定的相似性，但植物AFPs可能通過(guò)降低過(guò)冷點(diǎn)、抑制重晶化以及與其他多種抗寒凍因子協(xié)同響應(yīng)低溫脅迫［24］。Wei等［25］利用雙向電泳 -電泳回收法也進(jìn)行相關(guān)蒙古沙冬青葉片中AFPs分離的研究，獲得AFPs分子量為40 kD，pI為9.0，熱滯活性為0.9℃（20 mg/ml）。經(jīng)研究確定AFPs是一種糖蛋白。AFPs在蒙古沙冬青體內(nèi)廣泛分布且葉片中含量較高，推測(cè)可能是維持蒙古沙冬青抗凍性的重要物質(zhì)。在天山高寒區(qū)珠芽蓼（Polygonum viviparumL.）葉片中也發(fā)現(xiàn)具有抗凍活性的糖蛋白，塑造了冰緣植物抵御特殊高寒環(huán)境的抗凍機(jī)制［26］。研究表明AFPs是維持蒙古沙冬青和珠芽蓼抗凍性的重要蛋白質(zhì)。

為了揭示沙冬青抗凍蛋白質(zhì)抗凍特性的本質(zhì)以及其熱滯機(jī)制，周曉蕾等［27］利用差示掃描量熱法測(cè)定了沙冬青葉片的（Differential scanning calorimeter，DSC）曲線，提取沙冬青葉片中的16種蛋白質(zhì)組分直接配置成水溶液進(jìn)行測(cè)定。以非抗凍蛋白質(zhì)-牛血清白蛋白質(zhì)（Bovine serum albumin，BSA）溶液為對(duì)照組，發(fā)現(xiàn)沙冬青葉片16個(gè)蛋白質(zhì)中，非抗凍蛋白質(zhì)的DSC曲線與BSA的DSC曲線十分相似，而抗凍蛋白質(zhì)與對(duì)照差別很大。結(jié)果表明，當(dāng)抗凍蛋白質(zhì)體系內(nèi)只含有少量冰晶核（＜5%）時(shí)，即接近于自然條件下植物遭遇凍害襲擊時(shí)，體內(nèi)部分組織器官開(kāi)始結(jié)冰初期的真實(shí)狀況，此時(shí)AFPs發(fā)揮顯著的效應(yīng)起到降低冰點(diǎn)的作用。

為了積極抵御極端低溫環(huán)境，沙冬青屬植物體內(nèi)也會(huì)積累起保護(hù)作用的功能性應(yīng)激蛋白質(zhì)LEA，LEA是一類親水性的小分子蛋白質(zhì)。相關(guān)研究從沙冬青葉片EST文庫(kù)中獲得了胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白質(zhì)基因AmlEA14，該基因序列全長(zhǎng)579 bp，含有1個(gè)459 bp的開(kāi)放閱讀框，編碼152個(gè)氨基酸。推測(cè)該基因編碼蛋白質(zhì)為第4類LEA蛋白質(zhì)，含有一個(gè)比較保守的N2末端區(qū)域，該區(qū)域可形成兼性α-螺旋，構(gòu)成保護(hù)結(jié)構(gòu)域。亞細(xì)胞定位該蛋白質(zhì)為細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)，主要參與沙冬青長(zhǎng)期低溫防御機(jī)制［28］。上述研究結(jié)果表明，沙冬青屬植物適應(yīng)寒冷沙漠生境的重要分子機(jī)制可能就在于這種特殊抗凍蛋白質(zhì)、應(yīng)激蛋白質(zhì)等的存在與作用。

低溫逆境信號(hào)也會(huì)誘導(dǎo)沙冬青屬植物合成調(diào)控性蛋白質(zhì)，主要調(diào)控寒冷信號(hào)的傳導(dǎo)以及相關(guān)抗寒凍基因的表達(dá)，包括一些信號(hào)分子和轉(zhuǎn)錄因子等。未馴化植物感受到逆境脅迫信號(hào)刺激時(shí)會(huì)破壞其內(nèi)穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過(guò)一系列調(diào)控從而建立新的耐受機(jī)制。王紅蕾等［29］以蒙古沙冬青為研究對(duì)象，克隆獲得冷休克結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)基因AmCSDP，序列全長(zhǎng)540 bp。其編碼的冷休克結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)（Cold shock domain，CSD）是含有不同數(shù)量冷休克結(jié)構(gòu)域的低溫響應(yīng)蛋白質(zhì)。該蛋白質(zhì)含有180個(gè)氨基酸，二級(jí)結(jié)構(gòu)由8.9%的α-螺旋、47.8%的β-折疊和43.3%的無(wú)規(guī)則卷曲組成，N端含有冷休克結(jié)構(gòu)域。

低溫脅迫誘導(dǎo)AmCSDP在蒙古沙冬青中表達(dá)，可能參與低溫信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)控參與植物抗寒力的形成。低溫不僅誘導(dǎo)基因的表達(dá)，還會(huì)影響低溫響應(yīng)蛋白質(zhì)的翻譯合成。Cao等［18］分析了蒙古沙冬青erbB-3結(jié)合蛋白1基因AmEBP1的功能表達(dá)，其編碼erbB-3結(jié)合蛋白質(zhì)1（erbB-3bindingprotein1，EBP1）是重要的轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄共調(diào)節(jié)因子，屬于一類新型蛋白質(zhì)。AmEBP1存在于細(xì)胞核中，通過(guò)促進(jìn)核糖體的合成及與相關(guān)冷誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子作用以及對(duì)下游保護(hù)蛋白質(zhì)的翻譯后修飾來(lái)提高低溫脅迫下植物的抗寒性。

生理生態(tài)學(xué)研究表明，低溫會(huì)改變能量代謝，即減少酶催化反應(yīng)導(dǎo)致代謝不平衡引起氧化應(yīng)激，使胞內(nèi)活性氧（Reactive oxygen species，ROS）清除酶活性增強(qiáng)。宋春祥等［30］以新疆沙冬青和蒙古沙冬青幼苗為研究材料，在0℃、-5℃和-15℃低溫處理后，兩種沙冬青葉片葉綠體內(nèi)抗氧化酶類，如超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）活性隨溫度降低呈上升趨勢(shì)。郁萬(wàn)文等［31］研究銀杏（Ginkgo bilobaLinn.）時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)低溫脅迫下銀杏葉片SOD和POD活性隨著脅迫強(qiáng)度的加強(qiáng)不斷升高，清除體內(nèi)有毒物質(zhì)，減少銀杏因低溫而造成的傷害。因此，抗氧化酶系統(tǒng)可以作為低溫脅迫評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

低溫脅迫下沙冬青屬植物雖然采取積極策略應(yīng)對(duì)不良環(huán)境，但低溫也會(huì)使參與光合作用的相關(guān)蛋白質(zhì)會(huì)受損，不利于植物的光合作用。在0℃、-5℃和-15℃低溫處理后，沙冬青屬植物葉綠素a（Chlorophyll a，Chla） 和 葉 綠 素 b（Chlorophyll b，Chlb）含量顯著降低，而Chla/Chlb比值則呈上升趨勢(shì)，Chla/Chlb可反映光系統(tǒng)的核心復(fù)合物與外周天線復(fù)合體對(duì)低溫的損傷程度。結(jié)果表明，低溫條件下2種沙冬青外周天線復(fù)合體，尤其是光系統(tǒng)Ⅰ（PhotosystemⅠ，PSⅠ）天線復(fù)合體嚴(yán)重受損，導(dǎo)致光合作用效率降低。

2 沙冬青屬植物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)

干旱是限制荒漠植物生長(zhǎng)發(fā)育及繁殖的重要的環(huán)境因子。沙冬青屬植物分布區(qū)處于我國(guó)荒漠區(qū)的東部及荒漠草原地，所在地生境嚴(yán)酷，氣候干旱［32］。研究表明，當(dāng)植物受到干旱脅迫時(shí)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞和組織水勢(shì)降低［14］，進(jìn)而會(huì)引起植物在生理水平、細(xì)胞水平等發(fā)生一系列的變化［33］。

在生理水平上，干旱脅迫會(huì)影響沙冬青屬植物碳代謝過(guò)程和抗氧化代謝過(guò)程。干旱脅迫引起植物葉片氣孔關(guān)閉，二氧化碳攝入量減少，導(dǎo)致光合電子傳遞過(guò)程與碳同化之間不平衡，光合作用相關(guān)蛋白質(zhì)受損。何芳蘭等［34］以沙冬青幼苗為研究材料，研究發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下光合作用減弱是由于氣孔限制轉(zhuǎn)變?yōu)榉菤饪紫拗?，?yán)重?fù)p傷了光系統(tǒng)Ⅱ（PhotosystemⅡ，PSⅡ）反應(yīng)中心，PSⅡ是存在于類囊體膜中的多亞基色素蛋白質(zhì)復(fù)合體，引起其光能原初捕捉能力和光能同化率減弱，導(dǎo)致其光合作用能力減弱。

干旱脅迫引起的細(xì)胞代謝失衡也會(huì)影響蒙古沙冬青葉片光合作用過(guò)程中碳固定酶類的表達(dá)量發(fā)生變化。付晨熙等［35］對(duì)蒙古沙冬青葉片組織進(jìn)行模擬干旱處理發(fā)現(xiàn)，干旱處理1 h后，蒙古沙冬青葉片中固定CO2的關(guān)鍵酶（Ribulose-1，5-bisphosphate carboxylase/oxygenase，Rubisco）大亞基表達(dá)量下調(diào)，干旱處理72 h后其表達(dá)量又恢復(fù)到正常水平；而葉綠體中負(fù)責(zé)光合過(guò)程碳固定的磷酸丙糖異構(gòu)酶（Triosephosphate isomerase，TIM）表達(dá)量則持續(xù)上調(diào)。

綜上所述，干旱脅迫影響了蒙古沙冬青葉片的光合作用碳代謝過(guò)程，但其能夠采取積極的應(yīng)答策略以適應(yīng)逆境脅迫。在生理生化水平上荒漠植物為了抵御環(huán)境脅迫在體內(nèi)也形成了一套抗氧化系統(tǒng)來(lái)保護(hù)植物細(xì)胞免受活性氧的氧化損害。劉家瓊等［36］研究發(fā)現(xiàn)，沙冬青在無(wú)灌溉條件下POD和過(guò)氧化氫酶（Catalase，CAT）活性均高于有灌溉條件下酶活性，通過(guò)抗氧化酶活性升高來(lái)適應(yīng)較高干旱脅迫的環(huán)境。也有相關(guān)研究報(bào)道干旱脅迫下沙冬青體內(nèi)POD和CAT活性遠(yuǎn)高于中生植物，表明沙冬青在干旱逆境下加強(qiáng)細(xì)胞免于傷害的能力和抗旱性。在荒漠半荒漠地區(qū)優(yōu)勢(shì)種超旱生灌木紅砂（Reaumuria soongorica）體內(nèi)POD和CAT活性也隨著干旱脅迫的加劇而顯著提高［37］。

在細(xì)胞水平上，沙冬青屬植物主要通過(guò)積累游離氨基酸和產(chǎn)生干旱誘導(dǎo)蛋白質(zhì)來(lái)適應(yīng)干旱環(huán)境。干旱脅迫可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的水解和氨基酸的積累，刺激谷氨酸（Glutamic acid，Glu）合成脯氨酸（Proline，Pro）及其化合物，同時(shí)抑制其氧化和蛋白質(zhì)的合成［38］。脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，親水性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的水合能力［39］。研究表明，在輕微干旱時(shí)植物中就可以表現(xiàn)出脯氨酸的積累，如檸條（Caragana korshinskii）、沙拐棗（Calligonum mongolicum）等荒漠植物［40］。

夏晗等［41］通過(guò)10%聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）模擬干旱處理下蒙古沙冬青子葉脯氨酸質(zhì)量濃度明顯高于正常條件下子葉脯氨酸的含量。隨后研究從蒙古沙冬青中克隆獲得了脯氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體基因AmProT，其編碼的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含有11個(gè)跨膜區(qū)域，屬于典型的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)［42］。

干旱脅迫也會(huì)使植物體內(nèi)產(chǎn)生干旱誘導(dǎo)蛋白質(zhì)。干旱誘導(dǎo)蛋白質(zhì)一般分功能性蛋白質(zhì)和調(diào)節(jié)性蛋白質(zhì)兩大類，前者在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮直接保護(hù)作用，包括滲調(diào)蛋白質(zhì)、離子通道蛋白質(zhì)、LEA和代謝酶類等；后者起間接保護(hù)作用，主要參與水分脅迫的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控，包括磷脂酶、蛋白激酶、鈣調(diào)素、G蛋白質(zhì)、轉(zhuǎn)錄因子和一些信號(hào)分子等［43-44］。Guo等［45］研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下沙冬青鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白基因AmCBl1表達(dá)量上調(diào)來(lái)提高抗旱性，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白質(zhì)（Calcineurin B-like proteins1，CBl1）與其下游的激酶（CBl-interacting protein kinase，CIPK）共同組成信號(hào)通路在植物應(yīng)答生物和非生物脅迫中發(fā)揮重要作用。隨后研究分離純化了沙冬青CBl1蛋白質(zhì)，表明三體蛋白質(zhì)可能是沙冬青CBl1發(fā)揮功能的單位［46］。由此可見(jiàn)，沙冬青感受環(huán)境脅迫刺激后，通過(guò)一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活下游的信號(hào)傳遞體，使其盡可能快地對(duì)逆境做出反應(yīng)，增加其抗旱性。

干旱環(huán)境還會(huì)誘導(dǎo)植物產(chǎn)生一種特殊脫水蛋白質(zhì)（Dehydrin，DHN），通過(guò)對(duì)55個(gè)完整的脫水蛋白質(zhì)氨基酸測(cè)序發(fā)現(xiàn)，其都含有一個(gè)富含賴氨酸的K片段，由K片段可形成一個(gè)兼性α螺旋。通過(guò)分析蒙古沙冬青AmDHN的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其編碼脫水蛋白質(zhì)也含有K片段，以提高其抗旱性。脫水蛋白質(zhì)基因在其他荒漠植物也有表達(dá)，如紫花針茅（Stipa purpurea）的SpDHN1和雪蓮（Saussurea involucrataKar.et Kin.）的SiDHN能夠提高轉(zhuǎn)基因擬南芥和轉(zhuǎn)基因煙草的耐旱性［47］。從代謝和物種進(jìn)化的角度來(lái)分析，脫水蛋白質(zhì)是荒漠植物對(duì)干旱環(huán)境趨同適應(yīng)的分子水平表現(xiàn)。

近年來(lái)，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，相關(guān)研究解析了部分蒙古沙冬青適應(yīng)干旱環(huán)境的抗逆分子機(jī)制。如付晨熙等［35］以蒙古沙冬青葉組織為研究對(duì)象，以0 h為對(duì)照組，比較20% PEG 6000脅迫處理沙冬青葉片1 h和72 h的2-DE電泳圖譜，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)蛋白質(zhì)。利用MALDI-TOFTOF共鑒定了40個(gè)差異表達(dá)蛋白質(zhì)點(diǎn)，主要包括PSⅡ亞基、Rubisco大亞基、Rubisco活化酶（Plant rubisco activase，RCA）、硫氧還蛋白質(zhì)（Thioredoxin，Trx）等光合作用和ROS清除相關(guān)蛋白質(zhì)；通過(guò)GO功能分析表明這些蛋白質(zhì)主要涉及到光合作用、ROS清除、蛋白質(zhì)的合成、加工與降解等相關(guān)蛋白質(zhì)。結(jié)果表明，蒙古沙冬青葉片通過(guò)改變不同功能蛋白質(zhì)的表達(dá)來(lái)維持光合作用進(jìn)而適應(yīng)干旱脅迫。

Sun等［48］利用iTRAQ技術(shù)研究了短期干旱脅迫下的蒙古沙冬青根部蛋白質(zhì)磷酸化修飾特征，并利用LC-MS/MS鑒定了參與短期干旱脅迫響應(yīng)的磷酸化蛋白質(zhì)，通過(guò)GO功能分析表明這些蛋白主要涉及參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控、滲透調(diào)節(jié)、應(yīng)激反應(yīng)和防御、表觀遺傳調(diào)控等相關(guān)蛋白質(zhì)。推測(cè)蒙古沙冬青可能通過(guò)磷酸化蛋白質(zhì)以及相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)和代謝途徑對(duì)干旱脅迫作出應(yīng)答。

3 沙冬青屬植物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)

土壤鹽漬化是嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)發(fā)育和區(qū)域分布的非生物限制因子，與植物生理和代謝密切相關(guān)。鹽脅迫對(duì)植物的危害主要體現(xiàn)在離子脅迫和滲透脅迫等方面。離子脅迫使大量的Na+進(jìn)入到植物體內(nèi)，打破植物體內(nèi)原有的離子平衡，影響細(xì)胞的代謝以及細(xì)胞K+/Na+比率，破壞膜結(jié)構(gòu)和酶系統(tǒng)。滲透脅迫使土壤中的水勢(shì)降低，引起植物體內(nèi)水分虧缺。

植物受到環(huán)境高鹽信號(hào)誘導(dǎo)后，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控基因表達(dá)和代謝方式，進(jìn)而調(diào)整自身的形態(tài)或生理狀態(tài)以適應(yīng)不利環(huán)境。研究表明，一些參與編碼通道蛋白質(zhì)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑組分以及位于信號(hào)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中介導(dǎo)信號(hào)傳遞的各種激酶在植物鹽脅迫應(yīng)答過(guò)程中發(fā)揮重要作用。智冠華等［49］研究表明，在鹽脅迫下沙冬青鋅指蛋白基因AmZFPG表達(dá)上調(diào)，鋅指蛋白（Zinc finger protein，ZFPG）是普遍存在于真核生物中參與細(xì)胞的分化、增殖、凋亡等多種重要生命活動(dòng)的轉(zhuǎn)錄因子之一。ZFPG參與高鹽脅迫相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和應(yīng)答反應(yīng)，調(diào)控下游效應(yīng)基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)植物生理生化，提高植物的耐鹽性。

Wang等［50］研究發(fā)現(xiàn)胡楊（Populus euphratica）的一個(gè)鋅指蛋白基因PSTZ在煙草中過(guò)表達(dá)使轉(zhuǎn)基因煙草的抗鹽性較野生型顯著提高。為了減輕鹽對(duì)植物的傷害，植物通過(guò)其他途徑調(diào)整鹽脅迫防御策略，如植物在H+-ATP酶的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將Na+排出胞外，同時(shí)依賴于液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將Na+泵入液泡實(shí)現(xiàn)離子區(qū)域化，形成胞外、胞質(zhì)、液泡三者間的離子平衡。Wei等［51］克隆和分析了沙冬青Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Tonoplast Na+/H+antiporters，NHX）基因AmNHX2的功能表達(dá)，研究表明在鹽脅迫下沙冬青Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因AmNHX2表達(dá)上調(diào)，減少鹽脅迫的毒害作用。

生理生態(tài)研究表明，沙冬青屬植物為清除高鹽產(chǎn)生活性氧ROS，細(xì)胞內(nèi)相關(guān)ROS類物質(zhì)清除途徑相關(guān)酶類活性增強(qiáng)。李婧男等［52］研究了鹽脅迫對(duì)蒙古沙冬青幼苗抗氧化酶類活性的變化，低濃度（0-0.7%）鹽脅迫下SOD和POD的活性升高，SOD對(duì)鹽脅迫所產(chǎn)生超氧陰離子自由基、POD對(duì)產(chǎn)生的過(guò)氧化氫發(fā)揮著有效清除作用。沙冬青屬植物為了積極響應(yīng)鹽脅迫，通過(guò)積累可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透勢(shì)，同時(shí)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)作為活性氧的清除劑，保護(hù)蛋白質(zhì)分子和酶活性。

4 小結(jié)與展望

植物對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)是十分復(fù)雜的生理生化過(guò)程，其分子機(jī)制至今尚未完全闡明。近年來(lái)，蛋白質(zhì)組學(xué)被引入沙冬青屬植物響應(yīng)逆境脅迫的研究中，從模式植物擴(kuò)展到木本植物的蛋白質(zhì)組學(xué)研究。目前，應(yīng)用2-DE和質(zhì)譜鑒定技術(shù)、iTRAQ技術(shù)進(jìn)行的沙冬青屬蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在低溫、干旱及鹽脅迫下，一些參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的信號(hào)分子或轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)量升高，揭示脅迫和信號(hào)物質(zhì)間的關(guān)系，并調(diào)控下游相關(guān)效應(yīng)基因的表達(dá)，提高植物的耐受力。

在低溫脅迫條件下發(fā)現(xiàn)并分離純化了高活性的熱穩(wěn)定的抗凍蛋白質(zhì)，可以揭示沙冬青屬植物適應(yīng)極端低溫荒漠生境的分子機(jī)制。干旱脅迫下會(huì)誘導(dǎo)合成干旱誘導(dǎo)蛋白，主要是與光合作用、參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控、ROS清除、蛋白質(zhì)的合成、加工與降解等相關(guān)蛋白質(zhì)。干旱脅迫下會(huì)誘導(dǎo)植物合成脫水蛋白質(zhì)等，是荒漠植物響應(yīng)干旱環(huán)境趨同適應(yīng)的分子體現(xiàn)。在鹽脅迫下相關(guān)離子通道蛋白的表達(dá)上調(diào)，表明離子或滲透壓平衡發(fā)生了變化。此外，ROS清除劑在低溫、干旱、高鹽脅迫時(shí)其活性升高，表明沙冬青屬植物在高ROS水平下會(huì)采取抗氧化的預(yù)防措施。上述研究從一定程度上揭示了沙冬青適應(yīng)極端環(huán)境的抗逆分子機(jī)制。

沙冬青屬植物對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。目前，沙冬青屬植物蛋白質(zhì)組研究主要依賴二維凝膠電泳，基于非凝膠的定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)運(yùn)用并不廣泛。2-DE分離蛋白質(zhì)范圍較窄、低豐度膜蛋白質(zhì)難以檢測(cè)等不足極大限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。未來(lái)研究可應(yīng)用多種新型蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，如CE、PUP-IT、4-DES等，來(lái)研究蛋白質(zhì)的翻譯后修飾、蛋白質(zhì)復(fù)合體及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)。截至目前，沙冬青屬植物蛋白質(zhì)組研究主要集中于蒙古沙冬青，而新疆沙冬青的蛋白質(zhì)組研究相對(duì)較少；沙冬青屬植物響應(yīng)各種生物逆境脅迫的蛋白質(zhì)組學(xué)研究尚處于起步階段，未來(lái)研究應(yīng)進(jìn)一步探討沙冬青屬植物應(yīng)答各種生物脅迫的機(jī)制。鑒于此，綜合利用蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、生物信息學(xué)等多種分析方法有利于沙冬青屬植物抗逆分子機(jī)制的深度揭示及保育工作的有效開(kāi)展。