全 文 ：植物学通报Chinese Bulletin of Botany 2008, 25 (5): 597-607, w w w .chinbullbotany.com
收稿日期: 2007-11-12; 接受日期: 2008-02-20
基金项目: 中国科学院知识创新工程重要方向性项目 (No.KZCX2-YW-414)
* 通讯作者。E-mail: sqsong@ibcas.ac .cn
.专题介绍.
种子蛋白质组的研究进展
黄荟 1 ,4 , 姜孝成 3 , 程红焱 2 , 宋松泉2 *
1中国科学院西双版纳热带植物园, 云南勐腊 666303; 2中国科学院植物研究所, 北京 100093
3湖南师范大学生命科学学院, 长沙 410081; 4 中国科学院研究生院, 北京 100049
摘要 蛋白质组学是通过对全套蛋白质动态的研究, 来阐明生物体、组织、细胞和亚细胞全部蛋白质的表达模式及功能模
式。大量可用的核苷酸序列信息和灵敏高速的质谱鉴定技术, 使得蛋白质组学方法为分析模式植物和农作物的复杂功能开辟
了新的途径。目前, 种子蛋白质组研究主要集中在两个方面: 一方面是鉴定尽可能多的蛋白, 以创建种子特定生命时期的蛋白
质组参照图谱; 另一方面主要集中在差异蛋白质组, 通过比较分析不同蛋白质组, 以探明关键功能蛋白。该文综述了近年来种
子蛋白质组的研究进展, 内容包括种子发育过程中蛋白质组的变化, 与种子休眠/萌发相关的蛋白质组、翻译后修饰蛋白质组、
细胞与亚细胞差异蛋白质组以及环境因子对种子蛋白质组的影响; 并对种子蛋白质组研究的热点问题进行了展望。
关键词 细胞与亚细胞, 休眠与萌发, 蛋白质组学, 翻译后修饰, 种子
黄荟 , 姜孝成 , 程红焱 , 宋松泉 (2008). 种子蛋白质组的研究进展. 植物学通报 25, 597-607.
种子是植物繁殖后代的重要方式, 是子代植株形成
的开始。种子从结构和生理上已做好了传播的准备, 也
贮藏了足够的养分以供幼苗长成自养体(Bewley and
Black, 1994)。目前关于种子的形态结构和生理生化的
研究较多, 但对于许多重要的内在机理还知之甚少。传
统的种子研究方法已经进入“瓶颈”, 急需新的研究思路
和方法。蛋白质是生理功能的执行者, 是生命现象的直
接体现者, 对蛋白质结构和功能的研究将直接阐明生命在
生理过程中或逆境条件下的变化机制。蛋白质在种子的
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, 它为幼苗生长发育提供养料, 也调控着种子的各
种生理生化反应和代谢过程(Shewry and Casey, 1999)。
蛋白质组 (proteome) 最初是由Wilkins和Wiliams
提出的。它是指一个基因组、一种生物或一种细胞 /
组织所表达的全套蛋白质(W ilk ins, 1996)。蛋白质组
是个动态的概念, 它不仅在同一机体的不同组织和细胞
中不同, 在同一机体的不同发育阶段也发生变化; 机体处
于不同的生理状态, 以及在不同外界环境下蛋白质组也
不同。除了传统的双向电泳( 2 -D E )和质谱( m a s s
spectrometry , MS)技术外, 被称为第二代蛋白质组学技
术的各种新型的技术方法有多维蛋白质鉴定技术
(multidimens ional protein ident ification technology,
MudPIT)及包括荧光差异双向电泳 (fluorescence 2-D
difference gel elec trophoresis , DIGE)、同位素亲和
标记 (isotope-coded affinity tags, ICAT)、相对和绝
对定量的同位素标记(isobaric tags for relat ive and ab-
solute quantitat ion, iTRAQ) 和细胞培养中氨基酸稳定
同位素标记(stable isotope labelling by amino ac ids
in cell culture, SILAC)的定量蛋白质组技术等, 它们被
广泛用于对不同基因型、不同品种、转基因和突变体
种子的生活史各个阶段以及种子组织、亚细胞结构和
环境对种子影响的蛋白质组研究中(Rossignol, 2001;
Rossignol et al. , 2006)。
在很多情况下, 人们栽培作物的目的是为了获得高
产优质的种子。因此, 种子蛋白质组的研究愈来愈受到
人们的重视。本文综述了近年来种子蛋白质组的研究
进展, 包括种子发育过程中的蛋白质组、与种子休眠 /
萌发相关的蛋白质组、翻译后修饰蛋白质组、细胞和
598 植物学通报 25(5) 2008
亚细胞差异蛋白质组以及种子的环境蛋白质组。
1 种子发育过程中蛋白质组的变化
被子植物的种子发育可以分为组织分化、成熟和脱水3个
阶段。种子发育蛋白可分为种子蛋白 (seed protein) 和
看家蛋白 (housekeeping protein) 两大类(Bewley and
Black, 1994)。在组织分化过程中, 单细胞合子经历细胞分
裂和分化, 形成由胚轴和子叶构成的幼胚; 同时有三倍体的
胚乳形成。针对这一发育阶段的蛋白质组研究比较少。
成熟期种子的主要特征是细胞增大和贮藏物的积
累。在大麦(Hordeum vulgare)种子中, 大约 80% 的蛋
白都是在发育时期合成的贮藏蛋白(F inn i e e t al . ,
2004)。Finnie等(2002, 2006)利用 2-DE 分离了大麦
种子灌浆和成熟过程中约 1 000个低盐提取的蛋白点,
并根据蛋白质出现和消失的时间把它们分为 6大类。同
时他们还鉴定了36个蛋白点中19种不同的蛋白质或多
肽片段, 其中一些存在于大麦种子发育的整个过程(例如
胞质苹果酸脱氢酶), 而另一些只存在于早期籽粒灌浆中
(例如抗坏血酸过氧化物酶)。值得注意的是, 低分子量
的 a-淀粉酶 / 胰蛋白酶抑制剂、丝氨酸蛋白酶抑制剂
和抗氧化酶等在籽粒发育过程中就已经开始积累, 这可
能与保护种子贮藏物免受昆虫啃食有关。在灌浆期种
子蛋白质组中鉴定到与能量、代谢相关的蛋白及与种
子萌发能力的获得和蛋白积累密切相关的特殊蛋白
(Gallardo et al. , 2003; Hajduch et al., 2006) 。在大
麦(Kristoffersen and Flengsrud, 2000)、水稻 (Koller
et al., 2002)和玉米(Méchin et al. , 2004)种子中还进行
过类似的蛋白质组分析。
Roberts (1973)根据种子的贮藏行为将种子分为正常
性种子(or thodox seed)和顽拗性种子(recalc it rant
seed)。正常性种子成熟过程通常被一定程度的脱水终
止。当水分丧失时, 种子的代谢活性降低, 胚进入代谢
不活跃或者静止状态(Kermode and Finch-Savage,
2002)。大麦种子脱水后, 胚乳中与防御相关的类蛋白
抑制剂和一些高丰度蛋白失去代谢活性(fstergaar et
al. , 2002)。成熟脱水是正常性种子发育的末端事件, 是
种子从发育过程向萌发过程转变的开关。菜豆
(Phaseolus vulgaris)种子在脱水阶段进行成熟前干燥,
发育过程中的可溶性蛋白(如可溶性凝集素) 不再合成,
但与萌发和萌发后有关的蛋白被诱导; 而在不耐脱水的
发育阶段进行干燥处理的菜豆种子在重新水合后仍然合
成发育相关蛋白, 但种子最终死亡(Kermode, 1995; 刘
军等, 2001)。与种子脱水耐性相关的蛋白质组的研究
正在大量开展, 其中与种子脱水耐性密切相关的胚胎发
育后期高丰度表达蛋白(late embryogenes is-abundant
proteins, LEA)研究偏多。棉花发育过程中出现 2种类
型的 LEA 蛋白, 这些蛋白的mRNA 在整个脱水过程和
成熟种子中存留, 在种子吸胀时迅速降解, 这可能是引起
种子丧失脱水耐性的重要原因之一(Bewley and Black,
1994)。Grelet 等(2005)利用分子克隆和亚细胞定位技
术鉴定了豌豆(Pisum sat ivum)线粒体中的 LEA 蛋白
(PsLEAm), 该蛋白在种子发育后期经历严重水分胁迫时
表达, 并被脱落酸(ABA)诱导。杏仁(Prunus duleis )胚
中类 LEA D11的 Parab21蛋白和大麦种子中的冷调控
蛋白Cor14b也与种子脱水耐性密切相关, 它们在发育过
程中的表达受渗透压和ABA 调控(Campalans et al. ,
2000; Finnie et al., 2004)。经历慢速脱水的玉米(Zea
mays)胚中, 一组分子量为 14.4-20.0 kDa的低分子量
蛋白大量表达; 而快速脱水的胚却不表达这组蛋白; 不同
脱水速率诱导玉米胚产生不同蛋白质, 从而影响其脱水
耐性(黄荟等, 数据待发表)。这些结果说明, 蛋白质组
分析技术对于从新的角度揭示种子发育过程的相关分子
机理是非常有利的。
利用蛋白质组技术, 能够系统地把握许多复杂生理
过程的调控网络, 如三羧酸循环和糖酵解途径等, 创建种
子成熟早期和晚期代谢蛋白的积累谱图。不同的蛋白
质标记在检测种子活力、监测种子发育阶段和引动过
程方面是非常有用的(Hochholdinger et al. , 2006)。
2 种子休眠和萌发的相关蛋白质组
2.1 种子休眠的相关蛋白质组
种子休眠是植物在长期发育进程中获得的一种适应环境
599黄荟等: 种子蛋白质组的研究进展
变化, 以保持物种生存与进化的生物学特性。这种特性
使许多植物的种子能够保持静止、避免受到恶劣环境
的伤害以及较长时间地维持较高的种子活力, 直到环境
条件适宜幼苗生长时才萌发。因此种子休眠是调节种
子最佳萌发时间以及植株最佳空间分布的一种机制, 从
而对植物个体的生存、延续和进化起重要作用(Baskin
et al. , 2006; Finch-Savage and Leubner-Metzger,
2006)。但是到目前为止, 人们对种子休眠的分子机制
还不清楚。
目前解释种子休眠的主要假说之一是以植物激素的
调控作用为基础。ABA 是一种休眠诱导的正调节物质,
萌发诱导的负调节物质。赤霉素 (GA) 具有释放休眠、
促进萌发和抵抗 ABA 的作用。乙烯(ethy lene)则起促
进种子萌发和抵抗ABA 的效应(Kucera et al. , 2005;
Finch-Savage and Leubner-Metzger, 2006)。Chibani
等(2006)发现新鲜收获的拟南芥休眠种子 (来源于佛得
角群岛的休眠类型Cvi) 和经后熟的非休眠种子中存在
32种差异蛋白。外源ABA强烈抑制非休眠种子的萌发,
引起 71种蛋白的改变; 其中大部分 (90%) 与能量和蛋
白质代谢有关的蛋白表达丰度显著降低。35S - 甲硫氨
酸标记实验表明, 吸胀的休眠种子中有新合成的蛋白质
组分, 说明外源 ABA不抑制蛋白质的重新合成, 抑制种
子萌发的原因不是蛋白质翻译的停滞。但用转录抑制
剂 a-鹅膏蕈碱 (RNA聚合酶 II转录抑制剂) 处理拟南芥
种子, 萌发被强烈抑制, 且对GA 的敏感性降低 15 倍
(Rajjou et al. , 2004)。该研究揭示了种子休眠过程中
能量和蛋白质代谢相关蛋白的显著减少是由于转录水平
上发生了一系列事件所致, 而不是由翻译阻滞所引起。
欧洲水青冈(F agus s yl va t i ca )和温带木材钟花樱桃
(Prunus campanulata)的种子在经历不同激素(ABA 和
GA)和层积处理后, 种子休眠被打破。处理中发生变化
的蛋白都参与不同的生理过程, 例如大多数ABA调控蛋
白不仅参与蛋白和能量代谢过程, 还与种子发育密切相
关。推测种子休眠破除的机制涉及许多生理过程, 从最
初的激素信号启动、信号传输、转录、蛋白质的合
成、能量代谢、贮藏物质动员到最后的细胞再生都与
种子休眠密切相关(Lee et al. , 2006 ; Pawlows k i,
2007 )。
2.2 种子萌发的相关蛋白质组
当成熟干燥的(非休眠)种子吸胀时, 预存的代谢系统重新
活化, 新的细胞组分被合成, 导致细胞伸长 (胚根的伸长)
和细胞分裂的恢复(K ermode and F inc h-Savage,
2002 )。
种子萌发过程涉及许多蛋白的变化, 目前许多已鉴
定的蛋白都是看家蛋白家族的组分(Ross ignol et al. ,
2006)。成熟干燥和萌发后, 橡胶(Hevea b ras il iens is )
种子的蛋白质组之间存在 40% 的差异。一些蛋白, 如
酸性外源植物血凝素及GA20-氧化酶只存在于成熟干燥
种子中(Fong and Abubakar, 2005)。在萌发的番茄
(Lycopersicon esculentum)种子胚和胚乳中存在许多贮
藏蛋白, 已检测到看家酶、非特异性脂质转移蛋白和防
御相关蛋白激酶等(Sheoran et al. , 2005)。种子萌发
早期, 淀粉胚乳中存在大量丝氨酸蛋白酶抑制剂
(serpins), 从而掩盖了双向电泳图谱中许多其它蛋白点
(fstergaard et al., 2002, 2004)。拟南芥(Arab idops is
thaliana)种子中分离到1 300个蛋白, 其中74个蛋白的
丰度在种子吸胀早期或胚根伸长时发生显著变化, 有12
个蛋白具有调控功能, 其它蛋白均为结构蛋白或贮藏蛋
白; 细胞骨架组分 a-微管蛋白、b-葡聚糖苷酶和 2种
S-腺苷甲硫氨酸合成酶异构体与种子萌发密切相关, 引
动促进微管蛋白亚基、水合引动特殊蛋白和一些低分
子量的热激蛋白增加 (Gallardo et al., 2001)。用不同
浓度的聚乙二醇 (polyethyleneglycol, PEG) 处理玉米
种子, 随着 PEG浓度增大引起水势降低, 玉米种子的萌
发率和萌发速率均降低。低浓度的PEG使玉米胚乳中
的一些蛋白减少; 而高浓度PEG处理的玉米胚则具有较
多的热稳定性蛋白(黄荟等, 数据待发表)。
种子萌发时贮藏物被动员, 为萌发提供能量并为其
它代谢提供碳骨架, 这需要各种酶的顺序作用。研究最
多的是与控制淀粉贮藏物动员有关的a-淀粉酶及其与激
素的相互关系。胚在萌发期间和萌发后合成 GA并通过
盾片释放到淀粉质胚乳, 该激素可能扩散至糊粉层, 并在
那里启动一系列事件, 最终导致 a-淀粉酶的合成和释
600 植物学通报 25(5) 2008
放。a-淀粉酶在糊粉层中出现, 然后逐渐增多, 并与 b-
淀粉酶、a- 葡聚糖苷酶和少量的糊精酶共同作用动员
胚乳淀粉(Zhang and Jones, 1995)。野生型和赤霉素
缺陷型拟南芥种子萌发和幼苗生长的蛋白质组分析表明,
GA3不参与胚根突破种皮之前的整个过程, 如蛋白质和
脂类代谢(Gallardo et al., 2002), 但GA 能激活转录因
子GAMyb, 从而促进糊粉层和胚中a-淀粉酶的合成, 为
随后的种子萌发提供条件(Bak-Jensen et al. , 2007)。
在许多物种的萌发种子中, 产生多种形式的a-淀粉酶。
例如在萌发的小麦种子中 a-淀粉酶有 20种以上的同功
酶。作用于 a-淀粉酶 / 胰蛋白酶抑制剂、大麦 a-淀粉
酶 /枯草杆菌蛋白酶抑制剂的硫氧还蛋白 h(thioredox in
h)异构体(Trxh1、Trxh2、Trxh3和 Trxh4)能够调控萌
发关键酶的活力, 从而影响种子萌发。它们在谷类种子
早期萌发生长过程中抑制贮藏物的动员(Finnie et al. ,
2004)。在许多植物体系中ABA的作用与GA 相反, 对
a- 淀粉酶的形成起抑制作用。拟南芥种子中的甲硫氨
酸合成酶和S- 腺苷甲硫氨酸合成酶也是控制代谢的重
要组分, 控制着种子萌发期间从静止到代谢活跃状态的
转变。这些蛋白质积累事件的模式和胚根伸出后内源
乙烯的作用基本一致, 可能是种子萌发和幼苗生长所必
需的(Gallardo et al. , 2002)。
3 翻译后修饰蛋白质组
蛋白翻译后修饰(post-t rans lat ional modificat ions,
PTM s)被认为是许多生物学反应的最终执行者。蛋白
质组学为研究蛋白的翻译后修饰提供了强有力的工具。
潜在的蛋白质修饰作用大约有 300多种, 包括磷酸化、
糖基化和酰基化等。许多 PTM s 是可逆的; 低丰度蛋
白、特殊亚细胞组分蛋白或特定发育阶段出现的蛋白
的修饰作用很难被观测到, 使得翻译后修饰蛋白质组不
仅是目前研究的热点, 也是难点之一。种子成熟期在母
体植株的内质网上合成球蛋白和白蛋白, 之后它们被分
离, 转化为不同的成熟形式, 这些过程都与蛋白的翻译后
修饰密切相关(Shimada et al. , 2003)。蛋白质修饰作
用中磷酸化作用被普遍关注, 出现了磷酸化蛋白质组学
(phosphoproteomics)。在植物接受非生物信号到基因
表达诱导产生脱水耐性这一复杂的生理过程中, 许多参
与组分都发生了磷酸化 / 去磷酸化事件(Xiong et al. ,
2002)。有关磷酸化的研究有玉米(Zea mays)的 Rab17
(Plana et al., 1991)、拟南芥的 ERD14(Alsheikh et
al. , 2003)和芹菜(Apium graveolens )液泡相关蛋白
CV aB 45(Hey en e t a l . , 2002 )。磷酸亲和色谱
(phosphoaffinity chromatography)和质谱被用于研究拟
南芥种子 LEA 蛋白和一些类贮藏蛋白的磷酸化蛋白质
组, 它们都是种子磷酸化蛋白质组的重要组成部分(Irar
et al. , 2006)。
相对于磷酸化蛋白质组, 种子中其它翻译后修饰蛋
白质组研究较少。禾本科和豆科种子中球蛋白是最广
泛存在的一类贮藏蛋白。7S 球蛋白能够发生糖基化,
产生新蛋白。蛋白质糖基化(carbony lat ion)是一种不可
逆的氧化过程, 导致修饰蛋白功能尽失。在成熟干燥的
拟南芥种子中, 12S cruciferins 是主要的糖基化对象。
尽管糖基化蛋白的积累被认为是种子组织系统老化的特
征, 但是拟南芥种子仍具有高萌发率并产生健壮的植
株。可以推断特定的蛋白质糖基化很可能能够抵抗和 /
或消除萌发种子中代谢活性恢复产生的活性氧(Job et
al., 2005)。最近关于种子 PTMs 的报道一个是GA 处
理后大麦(Hordeum vulgare)糊粉层膜蛋白中的氧化还原
蛋白质组变化, 诱导产生的17种蛋白的还原形式和 5种
氧化形式被鉴定(Maya and Bernal-Lugo, 2006)。另一
个是以水稻(Oryza sativa)米糠为材料, 观测到水稻米糠
蛋白中的硫氧还蛋白重组和内源调控, 创建了二硫化物
蛋白质组学(disulfide proteome)技术, 全面地将蛋白氧
化还原状态的转变过程进行可视化; 鉴定了胚特征蛋白
片段和可能是硫氧还蛋白靶物的二烯水解酶; 提出氧化
还原作用调控种子萌发的机理是硫氧还蛋白激活半胱氨
酸激酶, 同时将其底物——胚特殊蛋白进行去折叠以调
控种子萌发。研究推测, 很可能是硫氧还蛋白控制着特
定蛋白的寿命(Yano and Kuroda, 2006)。硫氧还蛋白
通过自身的氧化还原态调控种子的生命周期, 它在种子
发育过程中处于还原态, 代谢静止时处于氧化态; 当环境
条件适合种子萌发时, 硫氧还蛋白转变为还原态, 减少关
601黄荟等: 种子蛋白质组的研究进展
键的靶物结合物, 改变相关蛋白的活性或可溶性, 从而促
进萌发(Wong et al. , 2003, 2004)。在种子中发现了
几种硫氧还蛋白同型异构体, 分别是 Trxh1、Trxh2、
Trxh3和 Trxh4 (Francoise et al. , 2003; Finnie et al.,
2004)。同一蛋白质具有不同的构型, 而具有相同功能
的不同蛋白质有相同的表达方式。在大麦种子 3个蛋白
点中检测到 1种还原酶同型异构体, 它们分别出现在灌
浆期、成熟脱水期和成熟期; 表明种子发育过程中存在
蛋白翻译后修饰(Finnie et al., 2002, 2006)。在种子发
育和萌发过程中, 活性氧在细胞水平上大量积累, 也能引
起蛋白质修饰。
4 组织和亚细胞的差异蛋白质组
4.1 组织差异蛋白质组
种子中不同组织的功能主要是由其蛋白的种类及其表达
的时间进程决定的。不同贮藏组织中具有不同的贮藏
物积累的类型和比例, 在发育各个阶段所需的酶存在于
特定的细胞区域中。组织水平的蛋白质组研究, 可以了
解各个蛋白的真正来源以及蛋白质组的特异性表达; 同
时能够减少分析成分的复杂性, 有效地可视化和鉴定低
丰度蛋白。Finnie和 Svensson (2003)将整粒大麦种子
分成糊粉层、胚和胚乳 3部分, 分别进行蛋白质组分
析。成熟种子干重的 85% 都是淀粉胚乳, 可溶性蛋白
中胚乳蛋白的比例约为50%, 糊粉层和胚占种子干重的
比例较小, 但蛋白点却远远多于淀粉胚乳。整粒种子的
蛋白点为 850个, 而胚乳、糊粉层和胚的蛋白点分别为
575、850和 1 000个。将不同的组织分别进行分析,
蛋白点的数量增加了约15%; 只有一些蛋白点在种子的
特定组织中不同, 大部分蛋白点在各种组织中类似, 只是
数量不同。硫氧还蛋白异构体 h 的存在具有组织特异
性, 大麦胚、胚乳和糊粉层中都有 Trxh1, 但是Trxh2只
在胚中出现。Lee等(2006)分别提取钟花樱桃种子的子
叶、胚轴和种皮, 试图寻找在种子休眠和休眠打破后这
些结构中蛋白质组发生的变化。
禾谷类和其它禾本科植物的胚乳中存在着独特的谷
醇溶蛋白, 它是这些植物的主要贮藏蛋白。小麦
(Triticum aest ivum)胚乳中的许多重要成分直接关系到
面粉质量。比较成熟前后的小麦种子蛋白质组并鉴定
相关蛋白, 不仅构建了发育过程中发生的动态生化过程
图谱, 而且绘制了胚乳蛋白质组的参照图, 揭示了胚乳蛋
白质的复杂性和环境因子对胚乳蛋白质成分的影响
(Skylas et al., 2000; Wong et al. , 2003, 2004; Vensel
et al. , 2005) 。比较 2种杂交水稻品种汕优 63和粮优
培九的胚乳蛋白质组 , 发现一些过氧化还原酶
(peroxiredoxin) 异构体和种子成熟蛋白只在汕优 63中
存在, 而醛糖还原酶和淀粉合成酶只在粮优培九中存在
(Yang et al., 2006)。发育过程中玉米和大麦胚乳的蛋
白质组图谱已构建完成, 代谢相关、蛋白定位、蛋白
合成、细胞恢复、防御、细胞死亡和老化是表达最为
丰富的功能蛋白组群(Kris toffersen and Flengsrud,
2000; Méchin et al. , 2004) 。糊粉层是种子所特有的
组织。禾谷类种子糊粉层的质膜能够感知萌发信号, 并
将各种酶释放到淀粉胚乳。已鉴定出 46 种糊粉层质
膜蛋白, 包括 10 种跨膜蛋白、2 种质膜H + -ATP ase
异构体、2 种离子通道调控蛋白和 2 种未知功能的蛋
白质(Hynek et al. , 2006)。这是第一次使用蛋白质组
学方法分析研究种子萌发过程中的膜蛋白变化。
4.2 亚细胞差异蛋白质组
拟南芥全基因组的测序早已完成, 但至今还有 1/3它们
编码的蛋白功能还不清楚。因此, 蛋白质组的亚细胞定
位无疑是重要的功能分析信息。细胞器水平的蛋白质
组研究已经取得了长足的进展(Cánovas et al., 2004),
如线粒体(Bardel et al. , 2002; Rajjou et al. , 2004)、
叶绿体、硫氧还蛋白体 (Wong et al., 2003, 2004) 和
内质网 (Maltman et al., 2007) 等。目前, 膜蛋白已成
为蛋白质组研究的新热点。由于膜蛋白在细胞中的位
置十分特殊, 因此被认为是外界环境和植物细胞间感受
和传递信号的主要成分, 调控细胞和/或亚细胞间的物质
交换和信息交流。但膜蛋白的疏水性、低丰度性以及
至今没有标准化的膜蛋白提取纯化方法, 给研究工作带
来了较大的困难。在植物亚细胞蛋白质组中对线粒体
和叶绿体的研究最多, 种子中则是以线粒体为主
602 植物学通报 25(5) 2008
(Cánovas et al. , 2004)。目前随着分离和鉴定技术的
进步, 内质网和液泡膜也普遍受到关注。
线粒体是种子细胞中的主要细胞器, 除了为细胞代
谢提供能量和碳骨架外, 还是活性氧产生的主要部位。
目前提取线粒体的方法已经比较成熟, 这为研究线粒体
蛋白质组提供了有利条件。很多线粒体蛋白都是疏水
性的。它们参与各种生理过程, 例如萌发、呼吸、氨
基酸和核苷酸代谢及抵御 O2 等。一些已鉴定的蛋白在
植物线粒体中从未被报道, 暗示线粒体存在一些新的功
能(Kruft et al., 2001)。与其它植物细胞器相比, 种子
线粒体蛋白质组研究主要集中在一系列处理对线粒体蛋
白质组变化的影响, 而不是试图构建线粒体所有蛋白的
系统分类。种子线粒体蛋白质组图谱揭示种子线粒体
蛋白质组与其它植物组织有非常大的区别, 其中最大的
差异就是前者富含HSP22和 LEA 蛋白, 它们都与种子
脱水密切相关(Macherel et al. , 2007)。种子吸胀和萌
发过程中, 活性氧在线粒体中大量产生, 氧化磷酸化产生
ATP 也主要是在线粒体中进行。在萌发的豌豆种子线
粒体中发现铁硫中心(iron-sulfur centers)重要组分— —
硫代硫酸转移酶(thiosulfate sulfur t ransferase, TST),
它参与硫元素的吸收和清除氰化物。活性氧胁迫诱导
产生的HSP22热激蛋白和S3蛋白也在线粒体中大量表
达(Bardel et al. , 2002)。
随着分离鉴定技术的进步, 种子膜蛋白质组已经逐
渐成为研究热点, 但还处于初级阶段, 研究成果相对较
少。水溶两相法是目前为止最有效的膜蛋白提取方
法。最新的蛋白质组学方法 LO PIT、ICA T和 iTRAQ
已经被用于鉴定组织混合物, 在对内质网的研究中使用
较多。内质网是贮藏蛋白和脂类合成的主要部位。
Maltman等(2002, 2007)利用 2-DE 技术第一次分析了
发育和萌发 2个阶段的蓖麻胚乳内质网的蛋白质组。发
育过程中上调蛋白主要是种子贮藏物质合成和蛋白折叠
的中间体。种子萌发过程中, 上调蛋白主要是参与种子
萌发相关的乙醛酸循环的苹果酸合成酶 ( m a l a t e
synthetase)。造粉粒是小麦种子胚乳中非常重要的结
构, 是小麦种子发育过程中淀粉合成和长期贮存的区域,
在很大程度上控制了种子灌浆的时间、进程和速率;
46%的小麦造粉粒蛋白质已被成功鉴定(Andon et al. ,
2002)。最初, 大多数人认为造粉粒中 85% 的蛋白仅仅
被用来合成和降解淀粉并参与能量代谢。实际上, 在鉴
定的289个蛋白中参与淀粉合成和降解的蛋白不到1/3,
有许多蛋白参与信号转导、传输、抵抗胁迫和细胞骨
架相关等重要的生命活动, 说明造粉粒具有多功能性
(Balmer et al. , 2006)。
5 环境因子对种子蛋白质组的影响
种子暴露于外界环境中, 感知环境刺激, 包括生物 (病原
体、食草动物和寄生植物)和非生物(干旱、盐、紫外
光和土壤污染等) 胁迫, 将会发生一系列复杂的防御和适
应反应, 形成信号网络, 诱导相关基因表达, 引起蛋白质
和代谢的改变。Agrawal 和 Rakwal(2006)提出了环境
蛋白质组学 (environmental proteomics)的概念。到目
前为止, 环境因子对蛋白质组影响的研究主要是以具有
不同抗逆性、与共生体 /病菌兼容性和激素敏感性的野
生型、突变体或者转基因植株或植物组织来进行逆境
接种或激素处理, 以研究差异蛋白质组的表达和改变方
式(Jorrin et al. , 2007)。
一般来说, 在逆境条件下, 由抗病或抗逆相关蛋白和
抗氧化系统酶组成的一组功能蛋白在抗性基因型种子中
大量表达, 而光合和能量代谢相关酶在敏感品种中降
低。许多蛋白受体, 信号传导器和基因调控器都参与种
子逆境反应。环境营养条件对种子蛋白质组的影响研
究较为广泛。Higashi 等(2006)报道了野生型和甲硫氨
酸过量积累突变体mto1-1拟南芥植株的蛋白质组鉴定
结果, 并结合转录组学技术进一步阐明了硫元素缺乏条
件下种子蛋白组分的变化机制。硫元素缺乏条件下, 植
物改变硫元素的代谢途径, 减少富含硫元素蛋白的合成
以维持蛋白质水平稳定。同时还减少谷胱甘肽的合成,
降低 LE A 蛋白基因表达, 从而抑制种子发育。研究发
现过量的铜元素使种子的萌发率、胚根伸长、生物量
和含水量降低。这主要是由于一些关键的代谢酶下调,
例如 a-淀粉酶和烯醇化酶 (enolase)。而参与重要代
谢过程的抗氧化物质、胁迫相关蛋白 (醛酮变位酶、过
603黄荟等: 种子蛋白质组的研究进展
氧化氧化还原蛋白和醛醣还原酶) 和调控蛋白上调, 如分
子伴侣、蛋白酶和类受体激酶 (receptor-l ike k inase)
(Ahsan et al. , 2007)。在缺乏 K离子的培养条件下拟
南芥种子幼苗蛋白质组表达 56种与信号转导密切相关
的差异蛋白。植物对重金属的抵抗作用主要源于蛋白
质之间的相互作用, 而重金属胁迫条件下植物产生的防
御相关蛋白与过氧化和其它各种胁迫产生的蛋白非常相
似(Labra et al., 2006)。
在逆境反应基因表达条件下, 对许多物种的蛋白质
组学分析鉴定了大量种间和种内的特殊基因变异。一
些蛋白在胁迫下表现出较强的生理优势, 是蛋白标记选
择的潜在重要靶物和数量特征定位鉴定的合理候选基
因。事实上, 新蛋白的合成和蛋白降解的瞬时表达在胁
迫条件下是一种非常普遍的现象, 特别是敏感基因型品
种 (Ndimba et al., 2005)。一些小分子量的致病相关
蛋白 (pathogenesis related protein)10在盐胁迫花生
中大量表达。它们的不同磷酸化形式对种子抗盐性起
作用(Jain et al. , 2006)。病原菌胁迫也诱导小麦中与
抗逆性相关的蛋白大量表达(Mak et al., 2006)。这些
研究结果和技术都为作物育种提供了大量的实验依据。
对紫外线诱变种子的蛋白质组学研究, 可以得到高产优
质作物品种的蛋白表达特点。在对太空条件处理后的
水稻突变体 971-5与对照品种971进行比较蛋白质组研
究后, Ma等 (2007) 认为前者之所以表现出明显的高产,
可能是由于太空环境条件在质量和数量上改变了水稻蛋
白的表达。这一技术应用广泛, 甚至被应用于转基因植
物和食物的安全性评价 (Ruebelt et al., 2006)。
6 研究展望
蛋白质组学原理的提出和技术的建立, 让人们从一个新
的角度来认识蛋白质的结构与功能, 并进一步研究蛋白
质的修饰加工、转运定位, 蛋白质与蛋白质、蛋白质
与其它生物大分子的相互作用等。蛋白质组学一方面
将基因表达与细胞代谢过程相连接, 另一方面又联系着
遗传图谱, 是功能基因组学的中心工具(Zivy and Vienne,
2000)。蛋白质组学的运用将为种子生物学的研究开创
一个全新的研究领域。种子结构基因组和功能基因组
研究将是今后探索的重要领域, 而蛋白质组方法将会在
种子功能基因组研究中发挥愈来愈重要的作用, 为功能
基因组学的发展提供有力的工具 (王文军和景新明,
2005)。现有实验结果表明, 应用蛋白质组方法具有传
统方法无可比拟的优势, 对候选优质蛋白亚基的筛选与
精确分子量的测定、蛋白质翻译后的修饰加工、蛋白
质间的相互作用等将成为今后种子蛋白质组学研究的重
要内容。蛋白质芯片(protein chips)技术可对成千上万
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。同时采用多维蛋白质鉴定技术可克
服 2-DE 的缺陷, 能更快速准确并大规模地分析蛋白质
(Whitelegge, 2002)。
尽管大量实验发现了许多生物反应的重要参与蛋白,
但是缺乏对其内在机制的阐述。定位、修饰和相互作
用仅仅提供了支持性的证据, 只有进一步结合生物化学
和基因功能验证才能对蛋白功能进行确定。今后, 种
子蛋白质组学的发展方向可能集中在以下几个方面: (1)
与胚胎形成和种子发育有关的蛋白质组, 包括特异蛋白
的表达模式及功能分析; (2) 目标种子组分的生物合成
及其代谢网络调控的蛋白质组; (3) 与种子脱水耐性和
萌发能力获得相关的关键蛋白; (4) 与种子休眠萌发相
关的蛋白质组; (5) 种子从发育向萌发转变的开关及其
蛋白质组; (6) 与上述功能相应的蛋白质组的亚细胞定
位, 蛋白质与蛋白质之间的相互作用和翻译后修饰。
上述问题的研究对于种质的分子改良、植物种质资源
的长期保存以及提高种子活力和播种品质都具有重要的
理论和实践意义。
参考文献
刘军 , 黄上志 , 傅家瑞 , 汤学军 (2001). 种子活力与蛋白质关系的
研究进展. 植物学通报 18, 46-51.
王文军 , 景新明 (2005). 种子蛋白质与蛋白质组的研究. 植物学通
报 22, 257-266.
Agrawal GK, Rakw al R (2006). Rice proteomics : a cornerstone
for cereal food c rop proteomes. Mass Spectrom Rev 25, 1-
604 植物学通报 25(5) 2008
53.
Alshe ikh MK, Heyen BJ, Randall SK (2003). Ion-binding prop-
er t ies of th e de hydr i n ERD14 i s de pende nt u pon
phosphorylation. J Biol Chem 278, 40882-40889.
Ahs an N, Lee DG, Lee SH, Kang KY, Lee JJ, Kim PJ, Yoon
HS, Kim JS, Lee BH (2007). Excess copper induced physi-
ological and proteomic changes in germinating rice seeds.
Chemosphere 67, 1182-1193.
Andon NL, Hollingworth S, Koller A, Greenland AJ, Yates
JR, Haynes PA (2002). Proteomic characterization of w heat
amy loplasts using identif ication of proteins by tandem mass
spec trometry. Proteomics 2, 1156-1168.
Balme r Y, Vensel WH, Dupont FM , Buchanan BB, Hurkman
W (2006). Proteome of amyloplasts isolated from developing
w heat endosperm presents evidence of broad metabolic
capability. J Exp Bot 7, 1591-1602.
Bak -Jense n KS, Lauges en S, fs te rgaar d O, Finnie C,
Roeps torff P, Svensson B (2007). Spatio-temporal profiling
and degradation of a-amylase isozymes during barley seed
germination. FEBS J 274, 2552-2565.
Bar del J, Louwagie M, Jaquinod M, Jourdain A, Luche S,
Rabilloud T, Macherel D, Garin J, Bourguignon J (2002).
A survey of the plant mitochondrial proteome in relation to
development. Proteomics 2, 880-898.
Baskin CC, Hidayati SN, Baskin JM, Walck JL, Huang ZY,
Chien CT (2006) . Evolutionary considerations of the pres-
ence of both morphophysiological and physiological seed dor-
mancy in the highly advanced euasterids II order Dipsacales.
Seed Sc i Res 16, 233-242.
Bewle y JD, Black M (1994). Seeds, Physiology of Development
and Germination. New York: Plenum Press.
Campalans A, Pages M, Messeguer R (2000). Protein analy-
sis during almond embryo development. Identif ication and char-
acterization of a late embryogenesis abundant protein. Plant
Phys iol Biochem 38, 449-457.
Cánovas FM, Dumas-Gaudot E, Recorbert G, Jorrin J, Mock
HP, Rossignol M (2004). Plant proteome analysis. Proteomics
4, 285-298.
Chibani K, Ali-Rachedi S, Job C, Job D, Jullien M, Grappin P
(2006). Proteomic analysis of seed dormancy in Arabidopsis.
Plant Physiol 142, 1493-1510.
Finch-Savage WE, Le ubner-Me tzger G (2006) . Seed dor-
mancy and the control of germination. New Phytol 171, 501-
523.
Finnie C, Melchior S, Roepstorff P, Svenss on B (2002).
Proteome analysis of grain f illing and seed maturation in barley.
Plant Physiol 129, 1308-1319.
Finnie C, Svenss on B (2003). Feasibility s tudy of a tissue-spe-
cif ic approach to barley proteome analys is: aleurone layer,
endosperm, embryo and single seeds. J Cer Sci 38, 217-227.
Finnie C, Maeda K, fstergar rd O, Bak-Je nsen KS, lar sen J,
Sve nsson B (2004) . Aspects of the barley seed proteome
during development and germination. Prot Plant Pro 32, 517-
519.
Finnie C, Jensen KSB, Laugesen S, Roepstorff P, Svensson
B (2006). Differential appearance of isoforms and cultivar
var iation in protein temporal profiles reveals in the matur ing
barley grain proteome. Plant Sci 170, 808-821.
Fong P, Abubakar S (2005). Post-germination changes in Hevea
brasili ensis seeds proteome. Plant Sci 169, 303-311.
Francoise M, Michelle R, Fatima A (2003). Identif ication and
differential expression of tw o thioredoxin h isoforms in germi-
nating seeds from pea. Plant Physiol 132, 1707-1715.
Gallar do K, Job C, Gr oot SPC, Puype M , De m ol H,
Vandeke rckhove J, Job D (2001) . Proteomic analysis of
Arabidopsis seed germination and priming. Plant Physiol 126,
835-848.
Gallar do K, Job C, Gr oot SPC, Puype M , De m ol H,
Vandekerckhove J, Job D (2002). Proteomics of Arabidopsis
seed germination. A comparative s tudy of w ild-type and gib-
berellin-deficient seeds. Plant Phys iol 129, 823-837.
Gallardo K, Signor CL, V ande kerchove J, Thompson RD,
Burst in J (2003). Proteomics of Medicago truncatula seed
development establishes the time frame of diverse metabolic
processes related to reserve accumulation. Plant Physiol 133,
664-682.
Grelet J, Benamar A, Teyssier E, Avelange-Macherel MH,
Grunwald D, Macherel D (2005). Identif ication in pea seed
mitochondria of a late embryogenes is abundant (LEA) protein
able to protec t enzymes from drying. Plant Physiol 137, 157-
167.
Hajduch M, Cas teek JE, Hurrelme yer KE, Song Z, Agrawal
GK, The len JJ (2006). Proteomic analys is of seed f illing
(Brassica napus) developmental characterization of metabolic
isozymes us ing high- resolution tw o-dimens ional gel
electrophores is. Plant Physiol 141, 32-46.
He yen BJ, Als heikh M K, Smith EA, Torvik CF (2002) . The
calcium binding activity of a vacuole-associated, dehydrin-like
protein is regulated by phosphory lation. Plant Physi ol 130,
675-687.
605黄荟等: 种子蛋白质组的研究进展
Higashi Y, Hirai MY, Fujiwara T, Naito S, Noji M, Saito K (2006).
Proteomic and transcriptomic analys is of A rabidopsis seeds
molecular evidence for successive process ing of seed pro-
teins and its implication in the stress response to sulfur nutrition.
Plant J 48, 557-571.
Hochholdinge r F, Saue r M, De mbins ky D, Hoe ck er N,
Muthreich N, Saleem M, Liu Y (2006). Proteomic dissection
of plant development. Proteomics 6, 4076-4083.
Hynek R, Svenss on B, Je nse n ON, Barkholt V , Finnie C
(2006). Enrichment and identif ication of integral membrane
proteins f rom bar ley aleurone layers by reversed-phase
chromatography, SDS-PAGE, and LC-MS/MS. J Proteome Res
5, 3105-3113.
Ir ar S, Olive ira E, Pagès M, Goday A (2006). Tow ards the
identif ication of late embryogenic abundant phosphoproteome
in A rabidopsis by 2-DE and MS. Proteomics 6, 175-185.
Jain S, Sr ivas tava S, Sarin NB, Kav NNV (2006). Proteomics
reveals elevated levels of PR 10 proteins in saline-tolerant
peanut (Arachis hypogaea) calli. Plant Physiol Biochem 44,
253-259.
Job C, Rajjou L, Lovigny Y, Belghaz i M, Job D (2005) . Pat-
terns of protein ox idation in Arabidops is seeds and during
germination. Plant Physi ol 138, 790-802.
Jorrín JV, Maldonado AM, Castillejo MA (2007). Plant proteome
analysis: a 2006 update. Proteomics 7, 1-16.
Ker mode AR (1995) . Regulatory mechanisms in the transit ion
from seed development to germination interactions betw een
the embryo and the seed environment . In: Kigel J, Galili G, eds.
Seed Development and Germination. New York: Marcel Dekker
Inc. pp. 273-332.
Kermode AR, Finch-Savage BE (2002). Desiccation sensitivity
in or thodox and recalc itrant seeds in relation to development.
In: Black M, Pritchard HW, eds. Des iccation and Survival in
Plants, Drying Without Drying. Wallingford: CAB International.
pp.149-184.
Kolle r A, Washbur n MP, Lange BM, Andon NL (2002) .
Proteomic survey of metabolic pathw ays in r ice. Proc Natl
Acad Sc i USA 18, 11969-11974.
Kristoffe rsen HE, Fle ngsrud R (2000). Separation and char-
acterization of basic bar ley seed proteins . El ectrophores is
21, 3693-3700.
Kruft V , Eubel H, Jansch L, Wer hahn W, Braun HP (2001).
Proteomic approach to identify novel mitochondrial proteins in
Arabidopsis. Plant Phys iol 127, 1694-1710.
Kuce ra B, Cohn M A, Leubner-M etzger G (2005) . Plant hor-
mone interac tions during seed dormancy release and
germination. Seed Sc i Res 15, 281-307.
Labra M, Gianazza E, Wait t R, Eberini I, Sozz i A, Regondi S,
Gras si F, Agradi E (2006). Zea mays L. protein changes in
response to potassium dichromate treatments. Chemosphere
62, 1234-1244.
Lee CS, Chien CT, Lin CH, Chiu YY, Yang YS (2006). Protein
changes betw een dormant and dormancy broken seeds of
Prunus campanulata Max im. Proteomics 6, 4147-4154.
Ma Y, Cheng Z, Wang W, Sun Y (2007). Proteomic analysis of
high yield r ice variety mutated from space f light. Adv Space
Res 40, 535-539.
Macherel D, Benam ar A, Avelange-Macherel MH, Tolleter
D (2007). Function and stress tolerance of seed mitochondria.
Phys iol Plant 129, 233-241.
Maltman DJ, Gadd SM, Simon WJ, Whee ler CH, Dunn MJ,
Wait R, Slabas AR (2002). Proteomic analysis of the endo-
plasmic reticulum from developing and germinating seed of
castor (Ricinus communis). Elec trophoresis 23, 626-639.
Maltm an DJ, Gadd SM, Simon WJ, Slabas AR (2007). Dif fer-
ential proteomic analys is of the endoplasmic reticulum f rom
developing and germinating seeds of castor (Ri ci nus
communis) identif ies seed protein precursors as signif icant
components of the endoplasmic reticulum. Proteomics 7, 1513-
1528.
Mak YX, Willows RD, Roberts TH, Wrigley CW, Sharp PJ,
Copeland L (2006). Black point is associated w ith reduced
levels of s tress, disease- and defence-related proteins in
w heat grain. Mol Plant Pathol 7, 177-189.
Maya AV, Ber nal-Lugo I (2006). Redox-sensitive target detec-
tion in gibberellic acid-induced barley aleurone layer. Free Radic
Biol Med 40, 1362-1368.
Méchin V, Balliau T, Chate au-Jourber t S, Davantur e M,
Langella O, Ne groni L , Pr ioul JL, Thevenot C, Z ivy M,
Damerval C (2004). A tw o-dimensional proteome map of maize
endosperm. Phytochemis try 65, 1609-1618.
Ndimba BK, Chivasa S, Simon WJ, Slabas AR (2005). Identif i-
cation of Arabidopsis salt and osmotic stress respons ive pro-
teins using tw o-dimensional difference gel electrophoresis and
mass spectrometry. Proteomics 16, 4185-4196.
fstergaard O, Melchior S, Roepstorff P, Svensson B (2002).
Initial proteome analysis of mature barely seeds and malt.
Proteomics 2, 733-739.
fs ter gaard O, Finnie C, Lauge s e n S, Roe pstor f f P,
Svensson B (2004). Proteome analysis of barley seeds: iden-
606 植物学通报 25(5) 2008
tif ication of major proteins from tw o-dimensional gels (pI 4-7).
Proteomics 4, 2437-2447.
Pawlowski TA (2007). Proteomics of European beech (Fagus
sylvatica L.) seed dormancy breaking: inf luence of abscisic
and gibberellic acids. Proteomics 7, 2246-2257.
Plana M, Itarte E, Goday A, Pagès M , Martíne z MC (1991).
Phosphorylation of maize RAB-17 protein by casein kinase 2.
J Biol Chem 266, 22510-22514.
Rajjou L, Gallardo K, Debeaujon I, van de Kerckhove J, Job
C, Job D (2004). The effec t of a-amanitin on the Arabidopsis
seed proteome highlights the dis tinct roles of s tored and
neosynthesized mRNAs during germination. Plant Physiol 134,
1598-1613.
Roberts EH (1973) . Predicting the storage life of seeds . Seed
Sci Technol 1, 499-514.
Rossignol M (2001). Analysis of the plant proteome. Curr Opin
Biotechnol 12, 131-134.
Ros signol M , Pe ltie r JB, Mock HP, M atros A, Maldonado
AM, Jor rin JV (2006) . Plant proteome analysis: a 2004-2006
update. Proteomics 6, 5529-5548.
Ruebelt MC, Leimgruber NK, Lipp M, Reynolds TL, Nemeth
MA, As twood JD, Engel KH, Jany KD (2006). Application of
tw o-dimensional gel elec trophoresis to interrogate alterations
in the proteome of genetically modif ied crops. 1. A ssess ing
analytical validation. J Agric Food Chem 54, 2154-2161.
Sheoran IS, Oison DJH, Ross ARS, Sawhney V K (2005) .
Proteome analysis of embryo and endosperm from germinat-
ing tomato seeds. Proteomics 5, 3752-3764.
Shewr y PR, Cas ey R (1999). Seed Proteins．Dordrecht: Kluw er
Academic.
Shimada T, Fuji K, Tamura K, Kondo M (2003). Vacuolar sort-
ing receptor for seed storage proteins in Arabidopsis thaliana.
Proc Natl Acad Sci USA 100, 16095-16100.
Skylas DJ, Mackintosh JA, Cordwell SJ, Basseal DJ, Walsh
BJ, Har ry J, Blumenthal C, Copeland L, Wrigley CWW,
Rathmell W (2000). Proteome approach to the characterisation
of protein compos ition in the developing and mature w heat-
grain endosperm. J Cer Sci 32, 169-188.
Ve ns el WH, Tanak a CK, Cai N, Wong JH, Buchanan BB,
Hur kman WJ (2005). Developmental changes in the meta-
bolic protein prof iles of w heat endosperm. Proteomics 5,
1594-1611.
Whitelegge JP (2002). Plant proteomics: blasting out of a MudPIT.
Proc Natl Acad Sc i USA 99, 11564-11566.
Wilkins MR (1996). From proteins to proteome: large scale pro-
tein identif ication by tw o dimensional electrophoresis and amino
acid analysis. Biol Technol 14, 61-65.
Wong JH, Balmer Y, Cai N, Tanaka CK, Vensel WH, Hurkman
WJ, Buchanan BB (2003). Unraveling thioredoxin-linked meta-
bolic processes of cereal s tarchy endosperm us ing
proteomics. FEBS Lett 547, 151-156.
Wong JH, Cai N, Balmer Y, Tanaka CK, Vensel WH, Hurkman
WJ, Buchanan BB (2004). Thioredoxin targets of developing
w heat seeds identif ied by complementary proteomic
approaches. Phytochemis try 65, 1629-1640.
Xiong L, Schumaker KS, Zhu JK (2002). Cell signaling dur ing
cold, drought and salt stress. Plant Cell 14, 165-183.
Yang PF, Shen SH, Kuang TY (2006). Comparative analysis of
the endosperm proteins separated by 2-D electrophores is for
tw o cultivars of hybrid rice (Oryza sati va L.). J Integr Plant
Biol 48, 1028-1033.
Yano H, Kuroda M (2006). Disulf ide proteome yields a detailed
understanding of redox regulations : a model s tudy of
thioredoxin-linked reactions in seed germination. Proteomics
6, 294-300.
Zhang NY, Jones BL (1995). Charac ter ization of germinated
bar ley endoproteoly tic enzymes by tw o-dimens ional gel
electrophores is. J Cer Sci 21, 145-153.
Zivy M, Vienne D (2000) . Proteomics: a link betw een genomics,
genetic s and phys iology．Plant Mol Bi ol 44, 575-580.
607黄荟等: 种子蛋白质组的研究进展
Progress of Study of Seed Proteomes
Hui Huang1, 4, Xiaocheng Jiang3, Hongyan Cheng2, Songquan Song2*
1 X ish uang ban na Tro pica l Bota nical Gard en, Ch ine se Acad emy of Sci ences, Yu nna n Me ngl a 6 663 03, Chi na
2 Inst itute o f Bota ny, Chi nese Acad emy of Sci ences, Bei jin g 1 000 93, Chi na
3 Scho ol o f L ife Sci ences, Hu nan Normal Un iversit y, Chan gsh a 4 100 81, Chi na
4 Grad uate Schoo l of Ch ine se Acad emy of Sci ences, Be ijin g 1 000 49, Chi na
Abstr act Proteomics involves analysis of all dynamic proteins to elucidate the pattern of protein express ion and f unc tion in all
kinds of organisms, tissues, cells and organelles . Proteome analysis is becoming a pow erf ul tool in the functional charac terization
of plants. Because of the availability of vas t nuc leotide sequence inf ormation and the progress in sensit ive and rapid protein
identif ication by mass spectrometry, proteome approaches open up new perspec tives to analyze the complex functions of model
plants and c rop species at dif ferent levels. Seed proteomics mainly focus on tw o aspects : (1) identifying as many proteins as
possible to establish a proteome reference prof ile for a specif ic physiological phase and (2) comparison proteomics. This review
gives an overview of recent advances in seed proteomics. We discuss proteomes associated w ith seed development, dormancy
and germination, cell and subcellular s truc tures, PTMs and proteomes of responses to biotic and abiotic s tresses . Perspectives on
and challenges in study of seed proteomes are proposed.
Ke y words cel l an d o rga nel le, dorman cy and germin ati on, pro teo me, PT Ms, see ds
Huang H, Jia ng XC, Che ng HY, Song SQ (200 8). Progress of stu dy of see d prote ome s. Ch in Bull Bo t 25 , 59 7-60 7.
* Author for correspondence. E-mail: sqsong@ibcas.ac.cn
(责任编辑: 白羽红)