全 文 ：植物学通报 2005, 22 (3): 257~266
Chinese Bulletin of Botany
①国家重点基础研究发展规划项目(G2000046806)和中国科学院知识创新方向性项目(KSCX2-SW-117)资助。
②通讯作者。Author for correspondence. E-mail: xmjing@ibcas.ac.cn
收稿日期: 2004-04-01 接受日期: 2004-12-06 责任编辑: 孙冬花
特 邀 综 述
种子蛋白质与蛋白质组的研究①
王文军 景新明②
(中国科学院植物研究所 北京 100093)
摘要 综述了种子蛋白质与蛋白质组的研究, 主要介绍了种子发育与形成、种子休眠与萌发、种子
保存与活力以及种子与环境相互作用的蛋白质与蛋白质组的研究。同时阐述了当今蛋白质组学在种子
研究中的应用以及所取得的成果, 并展望了种子蛋白质组学的发展方向, 种子生物学的研究将从基因
水平走向整体水平, 因此环境因子与种子蛋白质的相互作用是研究的重点。运用蛋白质组学将能揭示
蛋白质的功能并明晰种子的生命机制。
关键词 种子, 蛋白质, 蛋白质组, 发育, 休眠, 萌发, 活力
Progress in Research on Seed Proteins and Proteomes
WANG Wen-Jun JING Xin-Ming②
(Institute of Botany, the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093)
Abstract This paper reviews the progress in research on seed proteins and proteomes in
relation to seed development and formation, dormancy and germination, seed preservation and
seed vigor, and the interaction between seeds and the environment. The application of proteomics
in seed research and the achievements are described. It can be expected that researches on seed
biology will progress from gene level to integrative level, focusing on the interaction between
environmental factors and seed proteins, and adopting the proteomic approach to reveal the
function of proteins and the life mechanism of seeds.
Key words Seed, Protein, Proteome, Development, Dormancy, Germination, Vigor
种子是植物界演化最高阶段的种子植物
生活史中的一个时期, 是下一代独立植株的开
始, 种胚是新植株的雏体。种子从结构和生
理上已作好了传播的准备, 也贮藏了足够的养
分以供幼苗长成为自养体(Bewley, 1997)。种
子蛋白质是人类和其他动物的主要营养资源,
许多重要的农作物, 例如小麦、玉米和大豆,
它们的种子蛋白质, 不仅作为营养因子, 也是
食品的关键物质。蛋白质在种子形成、发
育、萌发直至成苗的过程中都扮演着极其重
要的角色, 它为种子生长发育提供养料, 还调
控着种子的各种生理生化反应和代谢过程, 为
种子自身的形成及成体植株的生长提供了必
不可少的条件(Shewry and Casey, 1999)。
258 22(3)
1994年, Wilkins首先提出了蛋白质组
(proteome)的概念(Wasinger et al., 1995;
Wilkins,1996)。蛋白质组是指由一个细胞或
一个组织的基因组所表达的全部相应的蛋白
质。蛋白质组学(Proteomics)则是采用大规模
蛋白质分离和鉴定技术对不同时空发挥功能
的蛋白质组的研究, 从蛋白质水平上探索蛋白
质作用模式、功能机理、调节控制以及蛋白
质群体内相互作用的学科。自从“proteo-
me”出现以来, 人们的研究集中在与人类重
大疾病有关的蛋白质组学方面, 主要为临床诊
断、病理研究、药物筛选、新药开发及代
谢途径等提供理论依据(Schirmer et al., 2003)。
蛋白质组学已成为基因组时代功能基因组学
研究的新兴学科和热点领域。
蛋白质组学引领了后基因组学时代的发
展, 植物的蛋白质组学研究需要紧跟这一时代
前沿, 拟南芥是第一个进行大规模蛋白质组学
研究的植物(Kamo et al., 1995)。作为植物学
重要分支的种子生物学, 在过去几十年的研究
当中, 有关控制种子的产量、贮藏、处理以
及在种子成熟和萌发中对蛋白质的作用与功
能研究有许多重要发现。随着高通量分离鉴
定技术的发展, 种子的蛋白质研究有待于进一
步深化(Geest, 2002)。为了进一步揭示种子形
成与发育、休眠与萌发、种子保存与活力以
及种子与内外环境相互作用的机理机制, 有必
要深入研究种子的蛋白质以及蛋白质组的功
能和调控方式。下面就从种子生物学的不同
角度阐释种子蛋白质与蛋白质组的研究状况
并对其今后的发展进行展望。
1 种子蛋白质及其分类
Osborne(1924)依照蛋白质的溶解性将种
子蛋白质分为4类: 1)水溶性蛋白质(albumin,
清蛋白), 溶于水或稀的中性缓冲液, 遇热凝结;
2)盐溶性蛋白质(globulin, 球蛋白), 不溶于水,
溶于盐溶液, 遇热较不易凝固; 3)碱溶性蛋白质
(glutelin, 谷蛋白), 不溶于水, 溶于稀的碱或酸
溶液; 4)醇溶性蛋白质(prolamin, 醇溶蛋白), 溶
于 70%~90%的乙醇, 不溶于纯水。这 4种蛋
白质出现在种子内的比例因植物种不同而有
很大的差异。例如碱溶性及醇溶性蛋白质通
常存在于禾谷类种子中, 在双子叶种子中较少
出现(Gottschalk and Müller,1983; Shewry and
Casey, 1999)(表 1)。
2 种子蛋白质与蛋白质组的研究
内容
2.1 种子发育与形成
种子一般包括胚、胚乳和种皮3部分, 在
种子形成过程中, 它们三者的发育既有差别, 又
相互联系, 蛋白质在其中起关键作用。Bewley
和Black (1994)将种子发育中的蛋白质分为种
表 1 部分作物种子的蛋白质成分
Table 1 Protein composition of seeds from some species

物种
各类蛋白质占总蛋白质的百分数(%)
清蛋白 球蛋白 谷蛋白 醇溶蛋白
燕麦 Avena sativa 微量 80 5 15
小麦 Triticum aestivum 9 54 64 0
玉米 Zea mays (IND260) 14 0 31 48
玉米 Zea mays(opaque-2) 25 0 39 24
水稻 Oryza sativa 5 10 80 5
高粱 Sorghastrum durra 6 10 38 46
豌豆 Pisum sativum 40 60 0 0
西葫芦 Cucurbita pepo 微量 92 少量 微量
2592005 王文军等: 种子蛋白质与蛋白质组的研究
子蛋白(seed protein)和持家蛋白(housekeep-
ing protein)两大类。持家蛋白是维持种子正
常生活所需的蛋白, 在种子的信息传递、能
量转化及物质代谢中有重要作用。种子蛋白
可分为贮藏蛋白、蛋白酶抑制剂和凝集素
等。贮藏蛋白在发育中形成, 为种子的萌发
及幼苗生长提供氮源。
种子的胚是由卵经过受精后的合子发育
而来, 合子是胚的第一个细胞, 在合子发育为
胚的过程中, 蛋白质变化较大。紫花苜蓿的
合子胚发育期间, 子叶和胚根中出现3种主要
的贮藏蛋白: Medicagin、Alfin和 LMW, 它
们各占成熟合子胚子叶总蛋白的 30%、10%
和20%。Alfin是在体细胞胚发育中出现的第
一个蛋白, 它在DAP 5天内就出现, Medicagin
在DAP 7天后才出现, LMW蛋白则在DAP 10
天后出现。Alfin在体细胞胚的整个发育时期
一直是最丰富的贮藏蛋白( B e w l e y a n d
Krochko, 1992; Krochko and Bewley, 2000)。
胚乳是被子植物种子贮藏养料的部分, 由
2个极核受精后发育而成, 是三核融合的产
物。胚乳的发育涉及许多蛋白质, 这些蛋白
质不仅和细胞的代谢与贮藏物质的合成有关,
而且还能作为贮藏物质(Bewley and Black,
1994)。mRNA和种子发育后期的蛋白质合成
相关, 在种子形成的不同时期有不同的mRNA
积累和翻译, 这将影响到不同贮藏蛋白和总蛋
白含量的比率(Zhu et al., 1992)。用 2-DE鉴
定小麦胚乳蛋白质组成的变化, 可以显示出
105个点, 在整倍体和39DT线之间通过蛋白质
点的数目、外观、存在的时间以及强度变化
的研究表明: 24个蛋白质点在染色体臂中与基
因和蛋白质强度的变化有很高的相关性(Islam
et al., 2002)。
种子充实(seed filling)与成熟脱水是种子
形成的关键, 脱水是种子从发育向萌发转变的
“开关”, 它降低发育时期的蛋白质和mRNA
的合成, 终止发育和促进萌发(阮禹松和赵文
明, 2002)。Gallardo等(2003)研究了紫花苜蓿
种子发育过程中种子充实期对种子萌发力的
获得和蛋白质沉淀的影响。MALDI/TOF-MS
所分析的 120个蛋白质出现不同的动力学反
应, 并鉴定了 84个蛋白质的多肽指纹图谱数
据, 这些蛋白质在豆类种子发育之前就有, 而
且涉及在胚胎形成期的细胞分裂。它们按特
殊的时间顺序出现: 豌豆球蛋白(DAP14)、豆
球蛋白(DAP16)和伴豆球蛋白(DAP18), 并在贮
藏蛋白家族积累前就大量减少。此外, 碳代
谢的酶(例如蔗糖合成酶和淀粉合成酶)和蛋白
质的积累与胚胎的光合作用有关, 并对种子充
实期间蛋白质/脂肪的合成或CO2的固定起重
要作用。其中有一个差异酶积累 , 和蛋氨酸
(Met)的代谢(S-腺苷甲硫氨酸合成酶, S-腺
苷同型半胱氨酸水解酶)有关, 并在种子发
育中种子从高活性到静止状态的转变中起
到关键作用。
种子发育的不同时期, 不同组织的蛋白质
具有密切的相关性, 而有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,
影响到种子的形成与生理效应。从水稻叶、
根和种子的系统蛋白质组中检测出2 528个特
异蛋白, 这为不同组织中淀粉体的降解和生物
合成的调控机制提供了蛋白质组学证据(Koller
et al., 2002)。从糊粉层、胚和胚乳中提取并
分离的代表性蛋白与整粒种子的蛋白质相比,
胚乳和成熟种子的蛋白质相似程度达 85%
(Finnie and Svensson, 2003)。单子叶植物的
种子发育包括胚、胚乳和糊粉层中贮藏物的
积累, 发育后期伴随种子的脱水和成熟。2-
DE分离了大约1 000个低盐蛋白点, MALDI -
TOF/MS鉴定了19个不同的蛋白质或蛋白质
片段, 一些蛋白质出现在整个发育时期, 例如,
胞质苹果酸脱氢酶。发育过程中低分子量的
α-淀粉酶 /胰岛素和丝氨酸蛋白酶抑制剂大
量积累, 并与抗氧化胁迫相关, 结果证实蛋白
质与谷粒的充实和成熟有关(Finnie et al. ,
260 22(3)
2002)。
生物技术的快速发展, 对种子发育的蛋白
质研究具有巨大的推动作用。采用微阵列方
法研究了2 600个基因在拟南芥种子发育时期
的表达, 在叶、种子和根中这些基因的表达
比率差异较大, 许多基因的表达模式是第一次
被发现(Girke et al., 2000)。微阵列技术揭开
了许多在种子中高度表达的未知功能的基因,
2DE检测出的1 300个拟南芥种子蛋白质, 在
吸胀期间或胚根伸出期间有 74个蛋白质发生
改变(Gallardo et al.,2001)。
蛋白质组学简化了复杂发育过程的研究,
例如蛋白质标记能描述种子活力、发育以及
监测引发处理(Gallardo et al., 2001)。分析蓖
麻种子胚乳的内质网(ER)蛋白质组, 发现正在
发育的种子ER在合成中心, 蛋白质和脂肪在
萌发期间一起降解(Maltman et al., 2002)。
2.2 种子休眠与萌发
种子休眠是具有正常活力的种子在适宜
的环境(如光照、温度、水分和氧气等)条件
下仍不能萌发的现象(Bewley, 1997)。Li和
Foley(1997)研究了种子休眠的遗传和分子控
制, 从基因的角度说明了休眠的调控机制。
休眠是被许多基因所控制的现象, 许多基因
在休眠和未休眠种子中的表达有所不同, 分
子和遗传模型系统的建立将有助于研究种子
的休眠机理。
萌发是指从干种子开始吸胀到胚轴伸出
种皮为止的一系列生理活动过程(Bewley and
Black, 1994)。首先是核酸与膜的修复, 同时
出现各种蛋白质的表达。成熟干种子胚细胞
中含有除多核糖体以外的所有蛋白质合成所
需的组分, 吸水几分钟以后, 单核糖体就被组
装成多核糖体的蛋白复合体(Dommes and Van,
1990)。
干种子胚中事先形成的mRNA, 在发芽早
期被暂时利用, 在吸胀过程中被降解。编码
发芽蛋白的mRNA, 如核糖体蛋白mRNA, 吸
胀后会被同样的 m R N A 所更新( B e w l e y ,
1997)。随着发芽的进行, 新转录的mRNA主
要用于翻译正常细胞代谢活动所必需的蛋白
质。一些单子叶植物种子在发芽过程中, 种
胚合成一些特异的 mRNA和蛋白质, 例如,
“发芽蛋白”(germin), 它是一个草酸氧化酶,
但从其自身特性、合成时间和潜在代谢功能
来看, “发芽蛋白”可能与发芽后细胞的伸
长有关(Lane, 1991, 1994)。Le等(1998)研究了
小麦种子萌发期间蛋白质的翻译起始因子
eIF4B、eIF4A和 eIF2不同的磷酸化状态, 表
明 eIF4B出现在种子发育和萌发中蛋白质合
成时期的高度磷酸化状态下; eIF2出现在种子
发育的早期, 萌发后处于脱磷酸化状态, 磷酸
化可以暂时控制种子的发育和萌发; eIF4A出
现在种子发育和萌发的整个非磷酸化时期, 发
现 eIF4B、eIF4A和 eIF2三个因子的磷酸化
状态调控着种子中蛋白质的合成能力。
拟南芥种子萌发的蛋白质组学分析在研
究发育调控网络复杂性的过程中表现出了功
能基因组学的效力, 例如幼小植物的胚发育
(Bove et al., 2001)。拟南芥种子的蛋白质组
学揭示了萌发期间 2种持家酶的不同积累。
这2种持家酶在干种子中水平很低, 吸胀1天
后开始增加, 在胚根伸出的时刻大量积累。
结果表明, Met合成酶和S-腺苷甲硫氨酸合成
酶是控制代谢的基本成分, 并控制着种子萌发
期间从静止到高度活动状态的转变过程, 而且
这些蛋白质积累的时间模式和胚根伸出后内
源乙烯的基本作用相一致(Gallardo et al.,
2002a)。
单子叶植物种子的萌发包括酶的活化和
从头合成, 为胚的生长降解细胞壁、淀粉和
胚乳中的贮藏物质。2-DE和MS鉴定成熟大
麦种子和萌发期间的水溶性蛋白质, 用银染和
考染在pI 4~7范围内分别检测出了大约1 200
和600个点, 从胶中筛选了300个点用MALDI-
MS进行多肽指纹图谱分析, 其中有103个点
2612005 王文军等: 种子蛋白质与蛋白质组的研究
得到鉴定。这些蛋白包括持家酶、分子伴侣
和防卫性蛋白(包括酶抑制剂), 以及与脱水和
氧化胁迫相关的蛋白。大多蛋白在萌发期间
发生了改变, 其中包括丝氨酸蛋白酶抑制剂和
a-淀粉酶(Østergaard et al., 2004)。从成熟种
子蛋白质点中鉴定出了27个特异蛋白, 但从麦
芽蛋白质点中只鉴定出3个特异蛋白, 可能相
同的蛋白质出现在不同点中是由翻译后修饰
所引起的(Østergaard et al., 2002)。Bak-
Jensen等(2004)在种子和麦芽中分别分离了
380个和500个蛋白点, 此外, 蛋白质电转印到
PVDF膜上后分析了10个不同蛋白质的N-端
序列, 9个点中所鉴定的5个点和糖酵解有关,
21个点中所鉴定的12个点是抵御病原体的, 5
个点中所鉴定的 4个点和蛋白质的贮藏、折
叠、合成以及氮代谢相关, 11个点中所鉴定
的6个点和碳水化合物的代谢有关, 9个点中
所鉴定的 4个点与胁迫和解毒有关。
运用蛋白质组学方法研究 GA在拟南芥
萌发中的作用, 由GA-缺陷型的gal1突变体种
子和野生种子组成研究系统。胚根的伸出依
赖于外源GAs, 萌发期间检测到 46个外在蛋
白, 仅a-2,4-微管蛋白的出现依赖于GAs的活
性。GAs在控制b-葡糖苷酶的富集中起到重
要作用 , 可能涉及细胞伸长和胚根的扩展
(Gallardo et al., 2002b)。
种子休眠和萌发是一个复杂的过程, 并受
众多基因的控制, 通过发育过程中的环境因子
起作用。休眠和萌发依赖于种子的结构, 特
别是胚所处的环境, 以及胚生长中潜在的影响
因素。使用整体转录组(transcriptome)和蛋
白质组方法能有效地鉴定相关的靶基因
(Maarten et al., 2002)。对拟南芥的全基因
组序列进行蛋白质组分析, 在所得到的1 300个
种子蛋白质中, 其中几个蛋白质在种子萌发时
有重要作用, 还涉及种子的吸胀和脱水过程。
2.3 种子保存与活力
如今, 生物多样性遭到严重破坏, 大量的野
生物种灭绝或其基因受到“污染”, 这样的
事实严重威胁到人类的生存和发展。种子所
具有的特殊性, 为我们提供了避免这种问题的
有效途径。因此, 种子贮藏与种质保存, 对于
保护生物多样性, 维护人类的生存具有重要意
义。种子保存的关键就是如何在长期的贮藏
中让种子继续维持原有的高活力水平。为此,
出现了2种技术: 低温贮藏和超干贮藏。前者
维持低温所需费用大, 后者可直接在常温保存,
降低基因库耗费(Zheng et al., 1998)。
超干种子的蛋白质研究较少, 且都与脱水
蛋白(dehydrin, DHN)有关, 脱水蛋白质属于
LEA D11蛋白家族。在胚成熟的后期获得脱
水耐性时由脱水或ABA诱导所合成和积累的
蛋白质称为胚胎后期丰富(late embryogenesis
abundant, LEA)蛋白(Blackman et al., 1991)。
LEA蛋白对种子贮藏中所表现的忍耐性起重
要作用(Allison, 1997)。种子在形成过程中产
生LEA蛋白, 而贮藏耐性较差的顽拗性种子在
形成过程中缺少这种蛋白。
种子保存中如何控制种子的生命力将是
保存种子的核心问题, 也就是如何避免种子衰
老和老化问题。种子的寿命与活力受内在基
因的制约, 同时又受周围环境因素的深刻影响,
影响种子寿命即调控种子衰老进程的四要素
可概括为: 温度、种子水分、氧气和种子本
身的状况与特征(种子活力)(郑光华, 2004)。
蛋白质在种子抗衰老过程中作用很大, 贮藏中
蛋白质分解应是种子老化乃至活力丧失的明
显特征及原因, 各种酶的修复作用是种子长期
贮藏的一个重要因素, 同时种子活力与蛋白质
合成能力相关, 当活力下降时, 萌发种子中的
蛋白质合成减少, 蛋白质与酶大量降解(Abdul-
Baki, 1980)。种子活力与种子萌发时胚贮藏
的蛋白降解效率及新蛋白合成一致, 例如, 不
同活力的玉米胚吸胀24小时的蛋白质合成能
力及贮藏蛋白质降解程度, 可作为衡量玉米种
子活力的生化指标(刘军等, 1999)。
262 22(3)
对种子活力机理的研究一直是植物生理
学的重要课题。由于种子活力在基因水平上
的差异也是通过基因表达的产物——蛋白质
体现出来, 所以研究种子活力与蛋白质的关系,
便成为当前研究工作的一个重点。刘军等
(2001)研究了种子活力与贮藏蛋白、热激蛋
白、泛肽和钙调蛋白的关系等, 并探讨了与
种子活力有关的逆激蛋白之间的同源性。不
仅如此, 蛋白质还和种子的长寿及高活力的保
持相关。中国辽宁省出土的古莲子在地层中
保存了大约1 450年, 它在人工处理下还能发
芽且开花。Shen-Miller等(1995)通过研究发
现, 由于古莲子有坚硬的种子外壳, 能够阻止
水分和空气的进入, 并具有酶的修复作用, 如
L-异天酰胺甲基转移酶, 另外， 其他的蛋白质
受到最小的损伤而使种子保持着活力。
2.4 种子与环境的相互作用
种子的体内环境与体外环境, 对种子不同
时期的生存均有决定性影响。从合子开始到
胚的形成, 种子的发育、休眠、萌发直至成
苗这一生活阶段中, 环境因素对种子起着深刻
的影响。体内物质的合成与定位、成熟脱水
和激素的调节; 体外各种因子的影响, 如非生
物因子的温度、水分、光照和生化抑制剂等,
生物因子如微生物或其他生物的作用等, 都能
影响到蛋白质的表达与调控过程。在实际生
境中, 种子大多遭受不同程度的环境胁迫, 蛋
白质对环境胁迫的响应是人们所关注的一个
重要话题。
种子体内脱水是种子植物繁殖种子过程
中关键的条件之一, 是种子生存和传播的一个
策略。干燥是极端脱水的形式, 干燥忍耐是
分子水平上导致的一个复杂的叠加, 通过信号
感知、信号转导、基因活化和生化变化的影
响而获得。LEA是响应脱水、低温、盐胁
迫及外源 A B A 所诱导的一类蛋白质组群
(Bray, 1997)。极度失水导致蛋白质构象改变
或蛋白质活性下降, 因此, 修复机制和干燥忍
耐的遗传程序相关, 酶能修复胁迫损伤的蛋白
质并来应对脱水伤害, 例如, L-同型天冬氨酸
转氨甲酰酶的活性在失水时被促进(Mudgett
and Clarke, 1994)。
温度对种子和农业生产有很大影响, 所以
人们对种子冷害和防护(渗透调控)的蛋白质研
究较为突出。低温伤害被认为是由于细胞膜
机能障碍和膜结合蛋白构型改变所引起的,
PEG引发防止吸胀冷害的保护效应在于提高
细胞的整体代谢水平, 增加氧化磷酸化效率, 可
能是细胞借助氧化磷酸化有关的酶改善了代
谢过程的底物和能量供应, 增加了蛋白质的合
成。用 PEG处理的大豆酶活性协同增长, 这
些酶活性的提高可能是渗透调控对细胞膜修
补的结果(梁峥等, 1989, 1991)。种子在低温吸
胀过程中, 同时存在生物膜的物理修补和生理
生化修补, 两者并存与互补; 随着膜的修补, 生
理生化过程活化, 种子萌发启动, 种子减免吸
胀冷害的程度取决于“双修补”的完善程度
(郑光华等, 2001)。生理生化修补是酶和蛋白
质的调控作用, 冷害与渗透调控是种子在环境
胁迫下的蛋白质响应方式。通过低温处理从
大豆中诱导了3个核蛋白基因: GmRPS13 (742
bp)基因编码17.1 kD蛋白质, GmRPS6 (925 bp)
基因编码28.1 kD蛋白质, GmRPL3 (494 bp)基
因编码10.7 kD蛋白质。这些核蛋白基因的表
达在低温处理3天后开始增加, 然而, 冷胁迫蛋
白SCR1从第一天起就被诱导。在冷适应期间
核蛋白基因是次级信号所以反应较晚, 诱导的
核蛋白基因促进了低温下的翻译过程或帮助核
糖体机能恰当发挥其作用(Kim et al., 2004)。
生物和化学胁迫处理以及定位同源基因
到胁迫忍耐性状遗传位点区域, 从此区域中鉴
定了200个蛋白质的相互作用域, 用系统学方
法构建了基因与发育和胁迫相关的网络。研
究表明, 相似的基因对环境胁迫和发育的反应
也相似, 同时发现研究结果中的5个基因能够
抵御疾病, 说明构建的网络能正确地预测单子
2632005 王文军等: 种子蛋白质与蛋白质组的研究
叶植物和双子叶植物基因的功能(Cooper et
al., 2003)。
对转录抑制剂进行的蛋白质组学研究, 明
晰了蛋白质在种子萌发过程中的作用以及抑
制剂对萌发和成苗过程中蛋白质组的影响。
a-鹅膏蕈碱(RNA聚合酶Ⅱ的转录抑制剂)在
拟南芥种子萌发和成苗中对贮藏的和新合成
的mRNA有明显作用, 即减慢种子萌发速率 ,
使对GA敏感的种子萌发率减少到对照的
1/15, 由于贮藏物质的动员和代谢活性被终止
而使新合成的酶被抑制(Rajjou et al., 2004)。
3 种子蛋白质与蛋白质组学研究
的展望
在植物基因组功能研究方面蛋白质组分
析已成为一个强有力的工具。由于大量核苷
酸序列信息的实用性和基于MS鉴定蛋白质
的灵敏性和快速性, 蛋白质组学为不同水平上
分析模式植物和作物的复杂功能开辟了新的
前景。植物亚细胞的蛋白质组分析集中在质
体和线粒体合成过程, 还有与这些器官相应的
膜结合蛋白(Cánovas et al., 2004)。突变体的
多效性影响和植物对激素、环境变化的响应
研究中, 代谢途径的鉴定可能从受影响的蛋白
质来推断其功能。蛋白质组学一方面连接着
基因表达到细胞代谢的过程, 另一方面连接着
遗传图谱, 它是功能基因组学的中心工具(Zivy
and Vienne, 2000)。Rossignol (2001)分析了
植物蛋白质组学的功能, 认为蛋白质组学是鉴
定新基因的有力工具, 蛋白质组学为遗传学和
生理学提供了新的研究思路。Thiellement等
(1999)总结了植物遗传学和生理学研究中的蛋
白质组学, 通过蛋白质的研究引出了数量性状
位点的概念, 蛋白质组学用来监测代谢和表型
中“候选蛋白质”的作用, 并以植物对干旱
的反应为例, 说明了蛋白质组学在植物研究中
的应用和发展前景。
蛋白质组学的运用将为种子研究开创一
条宽阔的大道并将其引向绮丽的胜境。蛋白
质芯片(protein chips)技术(Zhu et al., 2001)可
对成千上万蛋白质的活性、功能及相互作用
进行分析, 并使检测系统小型化, 大大节约了
样本和试剂用量, 缩短了检测时间, 提高了灵
敏度。随着人类认识自然的深入, 从蛋白质
组水平揭示生命过程将是一个重要的研究方
向。同时采用多维蛋白质鉴定技术(multidim-
ensional protein identification technology,
MudPIT), 可克服2-DE的缺陷, 更快速准确并
大规模地分析蛋白质(Whitelegge, 2002)。
合子是一个高度极性化的细胞, 蛋白质如
何在其中发挥作用, 如何控制一个合子最后形
成完整的种子, 以及从静止的胚到萌发的转变
过程, 蛋白质的作用与调控机理显得较为模
糊。利用蛋白质组学从整体水平进行大规模
研究, 可为进一步揭示种子内部蛋白质发挥功
能的网络途径提供新证据。
今后种子蛋白质组学的发展方向主要是
研究与种子生长发育相关的蛋白质组, 其中特
异蛋白质的表达模式及其功能分析; 研究亚细
胞的蛋白质组, 例如线粒体、核糖体和质膜
等; 研究蛋白质的关系问题——蛋白质与蛋白
质、蛋白质与其他物质的相互作用, 蛋白质
的翻译后修饰以及蛋白质复合体的稳定性和
调控机理; 研究种子感应环境胁迫后细胞内蛋
白质组谱的变化; 分析信号识别及转导途径中
蛋白组等。种子在不同水平上与生物和非生
物因子的相互作用将是今后研究的热点, 因为
这更将有利于生命内外结合所表现的生物学
效应的机理研究。总之, 蛋白质组学是生命
科学的发展趋势, 利用当今快速发展的各种新
技术, 从整体水平上探索种子内外相关的代谢
与调控网络、各种作用机制与生物学功能,
是我们解释生命现象和解决生物学问题的思
路, 因为生命是复杂的综合体, 是众多因素综
合作用下的产物, 运用蛋白质组学手段将能有
效地探寻生命科学研究中的未知领域。
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