种子发育和萌发过程的蛋白质组学研究

作者:李佳;陆秀君;梅梅;张晓林;马跃 刊名:《种子》 上传者:陈倩

【摘要】蛋白质组学是通过对生物体、组织、细胞和亚细胞全套蛋白质动态的研究,来阐明全部蛋白质的功能模式与表达模式的学科。基因组序列信息技术与高通量分离鉴定技术的结合,为蛋白质组学方法分析植物复杂的生命功能开辟了新的途径。本文综述了近些年种子蛋白质组学的研究进展,其中包括种子发育过程中蛋白质的变化,与种子休眠相关的蛋白以及与萌发相关的关键蛋白,并对种子蛋白质组研究的热点问题进行了展望。

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ProteomicsofSeedDevelopmentandGerminationProcessLIJia1,LUXiujun1,MEIMei1,2,ZHANGXiaolin1,MAYue2种子是植物传播的主要形式和繁殖器官,它贮藏足够养分以供幼苗生长成为自养体,是子代植株形成的开端[1]。蛋白质是生命现象的直接体现者,也是生理功能的最终执行者,同时它不仅是种子养料的提供者,也是种子内部生化反应和代谢过程的调控者,因此,在种子的形成、发育、萌发直至成苗的过程中,蛋白质都发挥着极其重要的作用。随着拟南芥、水稻等高等植物基因组计划的完成,生命科学的研究已经进入到功能基因组时代。目前,功能基因组学的研究大多是从mRNA水平考虑的,细胞中mRNA的水平能反映蛋白质的表达水平。从mRNA到蛋白质,包括3个水平的调控:转录后水平调控、翻译水平调控和翻译后水平调控。然而,mRNA丰度与蛋白质丰度并不呈正相关,尤其对于一些低丰度蛋白来说,相关性更差[2-3]。一个基因对应的可能不是一种蛋白质而是几种甚至是数十种。因此完全有必要从蛋白质水平上去研究基因的功能。种子生物学作为植物学重要分支,随着高通量分离鉴定技术的发展,特别是种子蛋白质组门户网站(SPWP;http://www.seed-proteome.com/)的建立[4],蛋白质组学已成为基因功能分析的有利工具,越来越多地应用于种子发育、休眠、破眠以及萌发等方面的研究。1种子发育过程中的蛋白质组研究高等植物种子的发育可以分为3个时期:胚胎发生期、种子形成期和成熟休止期;主要经历组织分化、储藏物质积累和成熟干燥3个阶段。在组织分化阶段,受精卵细胞经过快速的细胞分裂,发育成不同的种子组织;随后,小细胞分裂、细胞膨胀、种子储备物沉积(通常为蛋白质、脂质或碳水化合物);最后,成熟干燥时种子发育减缓,干物质停止积累,使种子处于新陈代谢静止的阶段[5]。种子发育的不同时期,不同组织的蛋白质表达既存在差异性,也具有一定的相似性,其中一些蛋白质在整个发育过程中都发挥着作用,并在某一时期大量积累来影响种子的形成与发育[6]。1.1组织分化阶段的关键蛋白种子从受精开始到胚形态初步建成的过程中不仅进行着贮藏物质的合成与分解,还伴随着强烈的细胞分裂分化过程和有关细胞骨架、细胞壁形成蛋白活动的增加。有研究发现,大豆(Glycinemax)种子发育过程中有2种蛋白质参与了细胞增大过程[7]。其中的一种蛋白Skp1(S-phasekinase-associated-protein1)在种子发育15d时出现,随着发育的进行含量逐渐增加。Skp1影响细胞分裂以及细胞扩大与伸长,它的表达模式与其在胚胎发生和幼苗发育过程所起的作用相一致[8];另一种蛋白是肌动蛋白,它是细胞骨架的基本组成成分,参与胞质流动、细胞分化、细胞器运动、细胞伸长、顶点生长以及细胞极性建成等过程[9]。在拟南芥(Arabidopsisthaliana)突变体中发现一种肌动蛋白异构体可能对细胞伸长有一定的作用,因为这种蛋白的表达和下胚轴伸长过程密切相关[10],而在拟南芥种子萌发过程中发现了肌动蛋白7(ACT7),从而进一步证实了上述结论[11]。狭叶南洋杉种子胚胎形成的整个过程中几丁质酶(几丁质酶除外)活性一直很高,阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGPs)在胚胎形成的前期显著表达,主要促进细胞的分裂与分化,而在种子后熟期表达量下降[12]。1.2与胚和胚乳发育相关的蛋白种子发育期间,特异基因表达的特异蛋白与组织的形态建成、细胞的不同功能或机体的生理生化变化密切相关,因此研究该过程的特

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