蛋白质组学在植物科学研究中的应用(3)

3  植物组织器官蛋白质组学

        对于植物来说，蛋白质组学上的差异不但存在于不同基因型以及同一基因型的不同植株之间，也存在于同一植抹的不同组织和器官之间。在植物的发育过程中，不同组织和器官在功能上的分化，也表现在不同器官蛋白质的组成和数量的差异上，蛋白质组学的研究有助于我们对植物发育过程机制的理解。

        关于植物组织和器官的蛋白质组学研究已经有很多报道。Tsugita等(1994年)用2D-PAGE分离了水稻根、茎、叶、种子、芽、种皮及愈伤组织等部位的蛋白质，总共得到4892个蛋白点，其中3%的蛋白质得到了鉴定。对水稻胚、胚乳、叶鞘和悬浮细胞蛋白质组学的研究也取得了进展，并且水稻的蛋白质数据库已经建立(Komatsu等,  1993年；1999年；Zhong等,1997年；Shen等,2003年）。其它组织及器官，如拟南芥的愈伤组织和花粉，也有研究涉及(Prime等，2000年；Mayfield等，2001年）。

        Blee等(2001年)研究了转基因烟草(Nicotiana  tabacum)细胞壁的蛋白质组。他们首先建立了转入Tcyt基因的烟草悬浮培养细胞株系。该基因可使细胞产生高水平的内源细胞分裂素，从而使该细胞株系表现出细胞聚集增加、细胞变长、细胞壁加厚5倍等特征。转化细胞壁的蛋白质组与对照烟草细胞的初生壁蛋白质组有很大差异。发现了许多初生壁中不存在的新蛋白质。已鉴定出的包括分子量为32kD的几丁质酶、34kD的过氧化物酶、65kD的多酚氧化酶和68kD的木聚糖酶，以及一些结构蛋白质。

4  植物亚细胞蛋白质组学

        植物的蛋白质组学研究目前已经深入到亚细胞水平，即研究在一个细胞器内表达的蛋白质组。研究比较多的细胞器是叶绿体。据估计高等植物大约共有约21000到25000个蛋白质(Bouchez和Hoffe，1198年)，叶绿体的蛋白质占其中10%～25%(van  Wijk等，2000年），充分证明了叶绿体在植物细胞中的重要性。另外，关于线粒体与细胞壁的研究也有报道。

        Peltier等(2000年)利用2D-PAGE、质谱及Edman  N-端序列测定等方法，系统地分析了豌豆(Pisum  sativum)叶绿体中类囊体的蛋白质，并在数据库中进行了搜索，鉴定了61个蛋白质，其中33个蛋白质的功能及功能结构域得到了确认。Yamaguchi和Subramanian(2000年)，Yamaguchi和Subramanian(2000年)利用2D-PAGE、色谱、MS、Edman测序等多种方法鉴定了菠菜(Spinacia  oleracea)叶绿体中的核糖体30S和50S亚基的蛋白质。发现菠菜的质体核糖体是由59个蛋白质组成的，其中53个与大肠杆菌有同线性，而6个是非核糖体质体特异性的蛋白质(PSRP-1到PSRP-6)。许多蛋白质表现出翻译后的修饰。PSRP蛋白质可能参与质体中特有的翻译及其调控过程，包括蛋白质通过质体50S亚基在类囊体膜上的定位和转移。

        利用Blue-native凝胶电泳(Peltier等,2001年)，以及MALDI-TOF和ESI-MS/MS分析，鉴定了拟南芥叶绿体中一个350kD的由10个不同的亚基组成的C1pP蛋白酶复合体，并发现了一个不属于任何已知的叶绿体基因家族的新的叶绿体蛋白。

        Vener等(2001年)利用质谱技术研究了拟南芥叶绿体中类囊体膜蛋白质的磷酸化现象。研究发现，光系统Ⅱ核心中的D1、D2、CP43蛋白质位于N-端的苏氢酸(Thr)被磷酸化；外周蛋白PsbH的Thr-2被磷酸化；而成熟的光捕获蛋白LCHⅡ的Thr-3被磷酸化。Vener还研究了不同生理条件下这些蛋白质的磷酸化状态。结果表明，这些类囊体蛋白质中，没有任何一个在稳定的连续光照条件下完全磷酸化，或者在长期黑暗适应的条件下完全去磷酸化。他们还检测到在光/暗转换的条件下，PsbH的Thr-4有迅速而可逆的超磷酸化现象。D1、D2、CP43蛋白受到热激以后出现显著的去磷酸化。光合蛋白受到热激后磷酸化的变化比在光/暗转换的条件下要迅速。Vener指出，质谱法为研究复杂样品中蛋白质磷酸化的化学计量学提供了新的途径。

          Peltier等(2002年)通过蛋白质组分析法与基因组预测筛选法结合，研究拟南芥叶绿体类囊体基质蛋白质组。通过双向电泳分离类囊体可溶蛋白质，再用质谱进行分析鉴定。鉴定了81个蛋白，用N-端测序对蛋白质的定位进行预测。通过实验数据修正所鉴定蛋白的基因注释，发现了一个有趣的选择性重叠。实验中还发现了大量同源基因的表达。研究表明基质蛋白质组的主要功能包括帮助折叠，催化类囊体蛋白的水解和抗氧化。鉴定的基质蛋白和它们的同源物的特性可以被应用于通过基因组预测基质蛋白质组。Schubert等(2002等)系统地描述了模式植物拟南芥类囊体基质蛋白的特性，证明类囊体基质有其自己特异的蛋白质组，并且鉴定了其中的36个蛋白。除了大量的肽基脯氨酸顺反异构酶和蛋白酶，还发现了一些新的PsbP结构域蛋白。比较模式植物拟南芥与另一个典型的高等植物菠菜的类囊体基质蛋白质组，发现二者相似性很高。作为对本实验的补充，Schubert等还从拟南芥整个基因组数据库推测基质蛋白质组，估计叶绿体类囊体基质约有80个蛋白。

        位于叶绿体外膜和内膜上的参与由核编码的叶绿体蛋白质的运输蛋白质复合体得到了详尽的研究(May和Soll，1999年；Keegstra和C1ine，1999年)。膜上的疏水性蛋白质较多，用有机溶剂提取叶绿体蛋白和1D-PAGE分离，大约有5%～10%的膜蛋白，即15～20个蛋白质是疏水性的(Seigneurin-Berny等,1999年)。从绿藻(Chlamydomonas  reinhardtii)中分离出一种含有酰基脂类的低密度叶绿体膜片段，类似于叶绿体内膜和类囊体膜。一些与叶绿体mRNA相结合的蛋白质非常富集，说明这些膜是叶绿体基因表达的场所(Zerges和Rochaix，1998年)。   (责任编辑：泉水)

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