蛋白质组学技术在烟草中的应用研究进展

赵凤霞等　 蛋白质组学技术在烟草研究中的应用进展

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蛋白质组学技术在烟草研究中的应用进展

赵凤霞1，高相彬1，王正平1，李海峰2，宋学立1，冀敏

1 河南省农业科学院烟草研究所，河南许昌 461000；2 河南工业大学生物工程学院，河南郑州 450000；3 国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190

摘　要：综述了蛋白质组学作为后基因组时代功能基因组学研究的重要组成部分和前沿研究领域，在烟草研究中的应用进展，探讨了烟草根系、叶片等器官的蛋白质分离提取方法，蛋白质组学在低温、盐胁迫和机械损伤等逆境胁迫研究中的应用，烟株应对施肥、紫外线辐射、打顶和病害入侵等环境变化所发生的生理、病理反应的内在调控机制研究，以及蛋白质组学在提高烟叶品质研究中的应用。最后提出了目前烟草蛋白质组学研究所面临的几个问题，并对下一步的研究和发展前景进行了展望。关键词：烟草；蛋白质组学；胁迫反应；调控机制doi：10.3969/j.issn.1004-5708.2014.01.019

中图分类号：TS413　　　文献标志码：A　　　文章编号：1004-5708（2014）01-0103-08

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Research and application of proteomics in tobacco

ZHAO Fengxia1, GAO Xiangbin1, WANG Zhengping1, LI Haifeng2, SONG Xueli1, JI Min3

1 Tobacco Institute, Henan Academy of Agricultural Sciences, Xuchang 461000, China;2 College of Bioengineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450000, China;3 Patent Examination Cooperation Center of the Pat ent Office, Beijing 100190, China

Abstract: Proteomics and its application were considered as an important part of research frontier in functional genomics in post-geomic

era. The following aspects were investigated such as protein separation and extraction method from tobacco roots and leaves, application of proteomics in stress research under low-temperature, salty and mechanically-damaged environment , regulation mechanism of physiological and pathological reactions when tobacco reponded to fertilization, ultraviolet radiation, decapitation and invasion of diseases，and application of proteomics in improving leaf quality. Issues of critical signi cance to current tobacco proteomics research were discussed and key research areas and prospects were suggested.

Keywords: tobacco; proteomics; stress response; regulation mechanism

蛋白质组（proteome）由蛋白质的“Prote”和基因组的“ome”字母拼接而成，指一个基因组或一类细胞、组织表达的所有蛋白质的总和[1]，由澳大利亚学者Wilkins和Williams于1994年在意大利的一次

基金项目：河南省博士科研启动基金项目（无编号）；河南省烟草公司“河南省烟草产品质量安全标准制订” (HYKJ 201112)

作者简介：赵凤霞（1982—），女，博士，助理研究员，主要研究方

向为烟草生理生化。Tel：0374- 4518006，

Email：fxzhao1982@http://doc.guandang.net

通讯作者：高相彬（1982—），男，博士，助理研究员，主要研究方

向为烟草烘烤调制。Tel：0374- 4518006，

Email：xbgao1982@http://doc.guandang.net收稿日期：2013-06-04

电泳会议上首次提出。同基因组相似，蛋白质组为复杂发育过程中同时发生的蛋白质相关变化提供了重要的高通量研究手段[2]，与基因组相比，蛋白质组反映的是直接影响细胞生理生化变化的蛋白质。此外，比较RNA的表达水平，蛋白质水平整合了转录后加工和翻译后加工的过程，而这些过程对细胞中最终产物的数量、定位和效率都会产生影响[3]。蛋白质组学是一项使用日渐广泛的研究方法，对两种不同的材料或处理，可以从蛋白质表达谱的宽度进行比较研究，揭示其中的内在机理。基于信号转导和代谢途径的上下游网络结构，使蛋白质组的研究不仅具有高通量的宽度，而且为生命过程的上下游节点研究提供了良好的

104机会。蛋白质组概念的提出，为科学家对于生命活动规律的研究开拓了新的领域。进行蛋白质组学研究是大势所趋，也是后基因组时代的重要研究前沿和热点领域[4]。

蛋白质组学的主要研究内容为蛋白质间的相互作用、翻译后的修饰、蛋白质在不同部位、不同环境条件下以及生命过程不同阶段的表达等方面[5]，阐明组织、器官或者生物体全部或者部分蛋白质的表达模式及功能模式，揭示特定的生命现象和某些生命过程的内在机制，它是在更深层次上探索生命活动的规律和生理、病理现象。自1997年第一篇植物蛋白质组学文章发表以来, 伴随着蛋白质组学技术体系的不断完善, 植物蛋白质组学发展迅速，多种植物组织(器官)的蛋白质表达谱分析相继完成，植物不同发育阶段的蛋白质组变化，以及此过程中植物响应各种环境因子和逆境胁迫的差异表达蛋白质组也被大量报道[6-8]。

烟草是我国重要的经济作物之一，具有悠久的栽培历史，其生产行业已经成为国民经济的一个重要组分, 也是一些地方省市的财政支柱。同时，烟草还是一种重要的模式植物，在植物遗传、发育和转基因等领域的研究中具有特殊意义。蛋白质双向电泳、质谱、酵母双杂交系统、蛋白质微阵列、支持大规模数据处理的计算机系统和软件、软电离以及生物信息学等蛋白质组技术的快速发展，为烟草蛋白质组学研究奠定了坚实的基础[9]。近年来科研工作者对烟草进行了大量研究，作为一种新兴手段，蛋白质组学技术在烟草研究中取得了丰硕的成果。本文对蛋白质组学在烟草中的应用相关研究进展进行了综述。

1　蛋白质提取、分离方法研究

蛋白质组学是随着蛋白质研究技术的快速发展而发展起来的。蛋白质分离技术是蛋白质组学研究的三大核心技术之一[10]，其中最常用的分离技术是蛋白质双向电泳(Two-dimensional electrophoresis，2-DE)，而蛋白质的提取和样品制备对双向电泳的分辨率和重复性起着举足轻重的作用[11-13]。目前蛋白质的提取方法很多，但由于不同植物具有特异的生理生化特性，蛋白质的最适提取方法差异较大，甚至同一植物不同组织(器官)的最适提取方法也不尽相同。采用恰当的提取方法是获得具有良好分离效果2-DE图谱的前提条件[14]。因此探索烟草不同组织(器官)的高质量蛋白质提取分离技术具有迫切的现实意义。

烟草根系既是水分和养分吸收的主要器官，又是烟碱等重要次生代谢物质合成的主要场所，与烟株发

中国烟草学报　2014年2月 第20卷 第1期

育和烟叶产量、品质密切相关。研究烟草特殊生长环境下或某个发育时期根系蛋白质的表达情况，对于及时了解烟草生长发育过程中某些代谢途径具有重要意义。然而烟草根系中蛋白质含量相对较低，并且含有大量的多糖、多酚、蛋白酶、氧化酶、酯类、醛类和其它次生代谢物质，为根系蛋白质的提取增加了一定的难度。林世锋等以栽培烟草品种K326生长期根系为材料，对常规裂解液法、TCA/丙酮沉淀法、Trizol抽提法和酚法等4种总蛋白的提取方法进行了比较[15]，并通过后续的2-DE对蛋白质分离效果进行了检测。研究结果表明，Trizol抽提法和酚法能够有效地抑制蛋白酶活性，防止蛋白降解和高分子量蛋白缺失，其中酚法虽然过程复杂，操作步骤繁琐，但是该提取方法得到的2-DE图谱中的分离蛋白数量较多，杂 …… 此处隐藏：19979字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……