全 文 ：书西北植物学报!
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文章编号$
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收稿日期$
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基金项目$转基因生物新品种培育科技重大专项"
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#
作者简介$陆许可"
#*.&
#!男!硕士!主要从事棉花抗逆性研究&
/(0123
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345467#*.+#.
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#+$89:0
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通信作者$叶武威!研究员!主要从事棉花抗逆性研究&
/(0123
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9=2911>89:089?
干旱胁迫下不同抗旱水平陆地棉
的叶片蛋白质组学比较研究
陆许可!张德超!阴祖军!王德龙!王俊娟!樊伟丽!王
!
帅!叶武威"
"中国农业科学院棉花研究所棉花生物学国家重点实验室农业部棉花遗传改良重点开放实验室!河南安阳
%))"""
#
摘
!
要$为了探讨陆地棉品种抗旱机理!以陆地棉抗旱品种(中
@#..
)和不抗旱品种(中
A+#!
)为材料!运用双向电
泳结合质谱技术!分析干旱胁迫下不同陆地棉三叶期叶片蛋白质组分差异变化&结果表明$干旱胁迫下!不同陆地
棉叶片蛋白表达差异较大%(中
@#..
)出现
$"
个差异表达蛋白质点!(中
A+#!
)出现
%.
个差异表达蛋白质点!只在
(中
@#..
)表达差异的蛋白点
##
个!只在(中
A+#!
)表达差异的蛋白点
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个!差异表达一致蛋白点
*
个!表达不一
致蛋白点
##
个&质谱共鉴定出
%$
个差异表达蛋白%功能分类分析表明!干旱胁迫蛋白参与光合作用*物质与能量
代谢*抗逆相关蛋白*物质运输和活性氧清除%
B4C2>9:
活化酶和能量代谢相关蛋白
DEF
合成酶类表达差异最大&
研究结果可以初步为陆地棉抗旱机理的探讨提供一定的理论基础&
关键词$陆地棉%干旱胁迫%蛋白组学%质谱分析
中图分类号$
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文献标志码$
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[
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%
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[
79U=401?13
;
>2>
!!
水是农业的命脉!全球一半以上淡水资源将用
于农业生产+#,!现在温室效应逐年加重!全球气温日
益升高!水资源日趋紧张!世界各地持续干旱!干旱
已成为全球农业生产面临的严重问题&中国旱地总
面积约为
.8)*`#"
.
M0
!
!占中国总耕地面积的
.$8.a
!
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年中国有
)8)"`#"
)
M0
! 耕地受旱!
因干旱造成的损失约占总自然灾害的
."a
以
上+!($,!尤其是中国西北地区!年降水量偏少!干旱严
重制约中国农业生产+%(+,&棉花是中国最主要的经
济作物之一!陆地棉高产*优质!种植面积最广!其产
区多为干旱或半干旱地区!干旱会导致棉花生长发
育受阻*生理过程受干扰!产量和纤维品质大幅度降
低!严重影响中国的棉花生产&
蛋白质是生物功能的主要执行者!与质谱相结
合的双向电泳技术已广泛应用到植物的非生物胁迫
研究中!鉴定了一批响应胁迫反应的差异表达蛋白&
A1376Z7M
+
.
,研究水稻干旱胁迫下及复水后的蛋白质
组分差异!得到
#"""
多个蛋白质点!发现有
%!
个
蛋白质点在干旱胁迫下发生明显变化%棉花蛋白质
组学研究业已开展!李锐等+*,发现有
)"
个棉花低温
胁迫差异表达蛋白质!其中有
#
个丰度值变化较
大%崔宇鹏等+,分析陆地棉盐胁迫下叶片蛋白质组
学变化!发现了
%
个差异表达蛋白&干旱胁迫下!棉
花生长发育受阻!光合作用减慢!长期干旱下棉花萎
蔫*死亡!同时干旱胁迫导致棉花片中光合作用相关
蛋白!代谢相关蛋白以及运输相关蛋白表达量的变
化!诱导产生一些抗逆相关蛋白!来抵御外界胁迫&
应用蛋白质组学方法和技术分析干旱胁迫和正常供
水条件下叶片蛋白质组差异表达的变化!能够鉴定
出一批与干旱胁迫密切相关的蛋白质!并进行功能
分类分析!增加对棉花响应干旱胁迫机制的认识和
理解&
本研究以抗旱性不同的
!
个品种(中
@#..
)"抗
旱#和(中
A+#!
)"旱敏感#为材料!运用双向电泳结
合质谱技术!分析干旱胁迫下棉花幼苗叶片蛋白组
分变化差异&旨在找出在干旱胁迫下不同抗旱水平
的棉花幼苗的蛋白差异所在!为阐明棉花的抗旱分
子机制提供理论依据&
#
!
材料和方法
?8?
!
材料与干旱胁迫
实验材料为陆地棉抗旱品种(中
@#..
)和不抗
旱品种(中
A+#!
)!均由本课题组种植保存&光照
培养箱育苗"光照
#%M
!
$"b
%黑暗
#"M
!
)b
#!在
棉花幼苗三叶期时!对照组正常浇水!处理组停止浇
水进行干旱胁迫!在土壤含水量约
)a
时取棉花真
片!液氮速冻后存于
&*"b
冰箱备用&
?8@
!
蛋白提取与浓度测定
采用
EXD(
丙酮法+#",提取棉花叶片总蛋白%用
分光光度计"
Y79601?
!
>
[
79U=:
[
M:U:07U7=LI*""
#
在
%*"?0
处测定样品蛋白和标准溶液的吸光值!
根据标准曲线计算样品蛋白浓度&
?8A
!
蛋白质双向电泳
第一向
O/T
采用
!%90
"
[
O%
"
.
#线性固相胶
条!样品上样量
#""
#
R
%第二向采用
ALA(FDK/
电
泳!浓度
#!8)a
的聚丙烯酰胺凝胶&
?8B
!
凝胶扫描及质谱分析
使用
O01
R
7A91??7=
扫描仪扫描染色后的凝
胶!以
$""Z
[
2
*
!+)
级灰度模式分辨率采集图像&采
用
FL(G47>U.8"
软件比较处理组和对照组的叶片
总蛋白
!(L
图谱!通过差异蛋白点检测!凝胶图谱标
准化处理!蛋白质点匹配和生物统计!确定差异表达
的蛋白质点!实验重复
$
次&在凝胶上挖取差异表
达蛋白质点!进行酶解!送往北京博奥麦斯科技有限
公司进行
]DHLO(E_T(E_T ]A
分析和数据库
检索&
!
!
结果与分析
@8?
!
不同抗旱水平棉花叶片蛋白质组图谱比较
使用
FL(G47>U.8"
软件分析
!(L/
银染图"图
#
#!检测到
#"""
多个可重复的蛋白点!在干旱胁迫
下!对蛋白丰度表达差异较大的蛋白点进行标记&
结果表明"表
#
#!抗旱材料(中
@#..
)共有
!
个蛋
白点发生了具有统计学显著差异的丰度变化!其中
丰度上调的有
#)
个"点
#
"
)
!点
!点
##
!点
#$
"
#+
!点
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!点
$%
!点
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#!丰度表达下调的为
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!
北
!
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点
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#!新出现的蛋白点有
#
个"点
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#!消失的蛋白
点有
$
个"点
+
!点
.
!点
!#
#&
不抗旱材料(中
A+#!
)共有
%
个蛋白点发生
了具有统计学显著差异的丰度变化!其中丰度上调
的有
$#
个"点
%
"
+
!点
*
!点
#*
!点
#
!点
!%
!点
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).
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"
+$
#!蛋白点丰
度下调的为
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#"
!点
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!点
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图
#
!
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叶期叶片总蛋白
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图谱"银染#
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中
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对照组%
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中
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处理组%
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中
A+#!
对照组%
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中
A+#!
处理组
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R
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!
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R
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[
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R
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表
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!
不同抗旱水平棉花品种差异表达蛋白分析
E1C37#
!
D?13
;
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;
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[
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[
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R
MU=7>2>U1?9737\73>\1=27U
;
差异蛋白
L2WW7=7?U213
[
=:U72?
表达变化
/5
[
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R
7
个数
J40C7=
编号
A
[
:UJ:8
中
@#..
特异表达
A
[
792W2913
;
75
[
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2?-M:?
R
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上调
I
[
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R
431U7Z . #
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##
!
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"
!
#
下调
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!
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A+#!
特异表达
A
[
792W2913
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[
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R
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上调
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下调
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431U7Z % $+
!
$*
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%#
!
%$
表达一致
X:?>2>U7?U75
[
=7>>2:?
上调
I
[
(=7
R
431U7Z ) %
!
)
!
!
#)
!
$)
下调
L:R
431U7Z $ .
!
#"
!
#$
表达不一致
O?9:?>2>U7?U75
[
=7>>2:?
中
@#..
上调
I
[
(=7
R
431U7Z2?-M:?
R
@#..
中
A+#!
下调
L:R
431U7Z2?A+#!
) #+
!
%
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$%
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)*
中
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下调
L:R
431U7Z2?-M:?
R
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中
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上调
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[
(=7
R
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R
A+#!
+ +
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#!
期
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陆许可!等$干旱胁迫下不同抗旱水平陆地棉的叶片蛋白质组学比较研究
$+
!点
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!点
%"
!点
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!点
%$
!点
%%
!点
)*
#!新出现
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!"
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$.
!点
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#!消失的蛋
白点有
#
个"点
.
#&
抗旱品种(中
@#..
)和不抗旱品种(中
A+#!
)
蛋白表达差异较大&干旱胁迫下!本实验在
!
个品
种中共出现
)*
个差异表达蛋白点!只在抗旱品种
(中
@#..
)中差异表达的蛋白点有
##
个!占
#8"a
%
只在不抗旱品种(中
A+#!
)中差异表达的蛋白点有
!*
个!占
%*8$a
%表达一致的胁迫响应蛋白有
*
个!
占
#$8.a
%表达不一致的干胁迫响应蛋白点有
##
个!占
#8"a
&
@8@
!
不同抗旱水平棉花叶片差异表达蛋白分析
干旱胁迫下!不同抗旱水平陆地棉品种叶片蛋
白表达差异较大!一方面是品种基因型决定的!另一
方面可能是不同抗旱水平棉花对干旱胁迫的响应不
同&如图
!
!
D
所示! 个材料在干旱胁迫下!液泡膜
质子
DEF
酶表达量都升高!说明干旱胁迫下棉花
在维持液泡内质子梯度动态平衡及离子跨膜运输的
能力相差不多!此蛋白表达量升高对提高棉花抗旱
性作用巨大%叶绿体转酮醇酶*胞浆型抗坏血酸过氧
化物酶*二氢硫辛酰胺脱氢酶在干旱胁迫以后的表
达量均比对照有所升高!说明不同抗旱水平棉花在
图
!
!
(中
@#..
)和(中
A+#!
)部分差异表达蛋白
T2
R
8!
!
A7\7=13Z2WW7=7?U213
;
75
[
=7>>7Z
[
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(
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R
@#..
)
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(
-M:?
R
A+#!
)
%"%!
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
$$
卷
这些途径中对干旱胁迫的响应是一致的%肌动蛋白
和运动蛋白表达量下降!导致干旱胁迫下叶片萎蔫%
碳酸酐酶在抗旱材料中表达量升高!可以减少干旱
对光合系统造成的损伤!维持正常的光合作用!进而
表
@
!
差异蛋白质点
C+37DEFGHEFGHC<
质谱鉴定结果
E1C37!
!
OZ7?U2W291U2:?:WZ2WW7=7?U213
[
=:U72?>C
;
]DHLO(E_T(E_T]A
编号
A
[
:UJ:8
登录号
D997>>2:?J:8
分子量等电点
]=
"
L
#
[
O
得分
A9:=7
序列覆盖率
A9
a
蛋白名称
F=:U72??107
物种
A
[
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#
R
2
#
##%$%!. .)$++
)8#) .* $!
热休克蛋白
."@71U>M:96
[
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!
R
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#
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)8#) + !$
热休克蛋白
."@71U>M:96
[
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$
R
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#
!##"+)"+ .$$$*
)8#$ !"$ $.
细胞腔结合蛋白
H402?13C2?Z2?
R[
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$%
&()&*#+(
%
R
2
#
$#+!*. +*)$%
)8$+ % #!
液泡膜质子
DEF
酶
c194:31=070C=1?7
[
=:U:?@
d
(DEF1>7
!"##
$%
&()&*#+(
)
R
2
#
#)#$+*#)* #*%#.
)8+* #*) +
叶绿体转酮醇酶前体
XM3:=:
[
31>UU=1?>67U:31>7
[
=794=>:= !"##
$%
&(1/*1/234#3
+
R
2
#
$!+)$)$+# )!*"%
+8"" $"$ $)
#
!
)(
二磷酸核酮糖羧化酶加氧酶大亚基
#
!
)(C2>
[
M:>
[
M1U7=2C4(
3:>791=C:5
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R
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!"##
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R
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)8$# $%! %
肌动蛋白
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#
!
)(
二磷酸核酮糖羧化酶加氧酶大亚基
#
!
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[
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[
M1U7=2C4(
3:>791=C:5
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$
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R
2
#
!##"+)"" %$!+!
.8#+ $#. $"
丙酮酸脱氢酶
$
亚基
F
;
=4\1U7Z7M
;
Z=:
R
7?1>713
[
M1>4C4?2U !"##
$%
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#"
R
2
#
$"!+$)+.! %.%+
)8*$ $!% !*
运动蛋白
]:\707?U
[
=:U72? -"++"427/*
8
##
R
2
#
!)+*.!$ $.)*
)8+% % !!
噻唑合成酶
EM21^:37C2:>
;
?UM7U297?^
;
07 !"##
$%
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#!
R
2
#
!!$+*%)+ )+#%
*8# #". #.
肉桂酰
(X:D
还原酶
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;
3(X:D=7Z49U1>7% !"##
$%
&()&*#+(
#$
R
2
#
$!+)$)$+# )!*")
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#
!
)(
二磷酸核酮糖羧化酶加氧酶大亚基
#
!
)(C2>
[
M:>
[
M1U7=2C4(
3:>791=C:5
;
31>7
:5
;R
7?1>731=
R
7>4C4?2U
!"##
$%
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#%
R
2
#
#".!*+" +)*.!8)
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转运抑制应答因子
EU=1?>
[
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[
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$%
&()&*#+(
#)
R
2
#
#%*#!#+! ++$$#
#"8%" #). #$
胞浆型抗坏血酸过氧化物酶
#X
;
U:>:3291>9:=C1U7
[
7=:52Z1>7# !"##
$%
&()&*#+(
#+
R
2
#
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碳酸酐酶亚基
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;
Z=1>72>:W:=0! !"##
$%
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#*
R
2
#
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大亚基
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R
7>4C4?2U !"##
$%
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#
R
2
#
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大亚基
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R
7>4C4?2U !"##
$%
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$"
R
2
#
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酶调控元件
B7
R
431U:=
;[
1=U2937U=2
[
37(DDEF1>7)D
"
BFE)D
#
9*/1&2"
%
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R
2
#
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合酶
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;
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$%
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R
2
#
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合酶
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$
亚基
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;
?UM1>7XT#
$
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$%
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$$
R
2
#
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+8!* #* $+
热休克蛋白
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[
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$%
R
2
#
$!+)$)$+# )!*")
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#
!
)(
二磷酸核酮糖羧化酶加氧酶大亚基
#
!
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[
M:>
[
M1U7=2C4(
3:>791=C:5
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R
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$%
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R
2
#
!##"+%! )$*.$8*
+8$ +$$ !#
二氢硫辛酰胺脱氢酶
L2M
;
Z=:32
[
:102Z7Z7M
;
Z=:
R
7?1>7 !"##
$%
&()&*#+(
$.
R
2
#
%$$$$% %"+.!
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生长调节剂
F
[
4U1U2\7
R
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431U:= !"##
$%
&()&*#+(
$*
R
2
#
#")")$." $"%
8!# #" !$
植物病程相关蛋白
FB#"F=:U72?FB#"=731U7Z2?
[
1UM:
R
7?7>2> !"##
$%
&()&*#+(
%!
R
2
#
#)*#%%*) %..)$
)8% ). $!
烯醇化酶
/?:31>7 !"##
$%
&()&*#+(
%$
R
2
#
!#))$+%% $!.!+8.%
)8*" .! !*
醌氧化还原酶
G42?:?7:52Z:=7Z49U1>7 9*/1&2"
%
#&#+)/6&/4/
%%
R
2
#
%!$%..# %*.+$
*8." $". !" LJD
结合蛋白
LJD(C2?Z2?
R[
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$%
&()&*#+(
%)
R
2
#
$$$%##) %%"!
+8!# $". $. DLF
!
DEF
载体蛋白
#DLF
!
DEF91==27=
[
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$%
&()&*#+(
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R
2
#
!##"+%)+ $%!..
)8!* ." !)
醌氧化还原酶
G42?:?7:52Z:=7Z49U1>7 !"##
$%
&()&*#+(
%
R
2
#
$"!)).$+ !*#$%8+"
*8+ #$$ .
氧不断变化的增强蛋白
!_5
;R
7?(7\:3\2?
R
7?M1?97=
[
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$%
&()&*#+(
)"
R
2
#
$".%*..% %$#"8.+
)8)# +*# $+ A(
腺苷甲硫胺酸合成酶
A(1Z7?:>
;
307UM2:?2?7>
;
?UM7U1>7 !"##
$%
&()&*#+(
)#
R
2
#
!##"+)"+ .$$*$8#.
)8#$ $$ $.
植物细胞壁受体蛋白
F31?U973=797
[
U:=
[
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$%
&()&*#+(
)!
R
2
#
!*+$"#. $*#!+
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核糖基化因子
DLF(=2C:>
;
31U2:?W19U:= !"##
$%
&()&*#+(
)$
R
2
#
!##"+%+" !.#*.
+8"" #!* #
磷酸丙糖异构酶
E=2:>7
[
M:>
[
M1U72>:07=1>7 !"##
$%
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)%
R
2
#
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磷酸丙糖异构酶
E=2:>7
[
M:>
[
M1U72>:07=1>7 !"##
$%
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)+
R
2
#
!)%"$+#" !.%!*8#*
)8+! !%# !+
抗坏血酸过氧化物酶前体
D>9:=C29192Z
[
7=:52Z1>7
[
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$%
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)*
R
2
#
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半胱氨酸过氧化还原酶
!(9
;
>
[
7=:52=7Z:52? !"##
$%
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R
2
#
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)8+. $$+ )"
甾体结合蛋白前体
F>CF
[
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$%
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+"
R
2
#
$!)!#"#) )))+*
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合酶
XT#
$
(
亚基
DEF>
;
?UM1>7XT#13
[
M1>4C4?2U !"##
$%
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+!
R
2
#
*!%""% !.$++
+8$% $+% )!
交替氧化酶
D3U7=?1U2\7:52Z1>7 !"##
$%
&()&*#+(
+$
R
2
#
#)*!+.+%" $"#"*
*8!! #$" !!
顶生花
E7=02?13W3:<7=#C !"##
$%
&()&*#+(
)"%!
#!
期
!!!!!!!!!!
陆许可!等$干旱胁迫下不同抗旱水平陆地棉的叶片蛋白质组学比较研究
提高植物的抗旱能力!该酶在不抗旱材料中表达量
下降!光合系统受到损伤!光合作用速率减慢!抗旱
能力差&
表达差异的蛋白点
+
*点
#$
*点
#*
*点
#
都为
#
!
)(
二磷酸核酮糖羧化酶加氧酶大亚基!如图
!
!
Y
所示!抗旱材料中
B4C2>9:
酶表达量降低!不抗旱材
料中
B4C2>9:
酶表达量升高!这是由于
B4C2>9:
酶
降解造成的!抗旱材料较不抗旱材料
B4C2>9:
酶降
解少!对光合作用影响也较小!这也是其抗旱性较强
原因之一&能量代谢相关蛋白
DEF
合成酶!只在
不抗旱材料中被大量诱导!表达量上升!可能是不抗
旱材料需要更多的能量来抵抗干旱胁迫&根据这些
在抗旱材料和不抗旱材料表达差异较大的点!推测
可以将蛋白标记作为筛选抗旱种质的一种方法&
@8A
!
差异表达蛋白质的质谱鉴定及功能
切取分离清晰的
)#
个差异表达蛋白质点!用胰
蛋白酶进行胶内酶解!进行
]DHLO(E_T(E_T]A
质谱分析和数据库检索!
*
个蛋白质点"点
!"
*点
!#
*点
!!
*点
!%
!点
%"
!点
%"
!点
%.
!点
%*
#分离效果
不好未进行质谱鉴定!最后确定了
%$
个蛋白点"表
!
#!蛋白质点
#.
*点
!$
*点
$+
!点
$
*点
)"
可能由于
酶解不充分或其他原因未鉴定出结果&
图
$
!
差异表达蛋白质功能分类
T2
R
8$
!
T4?9U2:?13931>>2W291U2:?:WUM7
Z2WW7=7?U213
;
75
[
=7>>7Z
[
=:U72?>
!!
鉴定的
%$
个蛋白按其参与生物代谢过程分成
类"图
$
#!
B4C2>9:
酶
+
个"点
+
!点
*
!点
#$
!点
#*
!
点
#
!点
$%
!#%参与光合作用蛋白
$
个"点
)
!点
#+
!
点
)
#%离子转运相关蛋白
!
个"点
%
!点
#%
#%参与
能源生产和转换蛋白
+
个"点
$"
!点
$#
!点
$!
!点
%)
!点
)!
!点
+"
#%抗逆相关蛋白
%
个"点
#
!点
!
!点
$*
!点
%%
#%参与物质代谢相关蛋白
*
个"点
!点
##
!点
#!
!点
$)
!点
%!
!点
)"
!点
)$
!点
)%
#%抗氧化
相关蛋白
.
个"点
#)
!点
%$
!点
%+
!点
%
!点
)+
!点
)*
!点
+!
#%细胞结构相关蛋白
)
个"点
$
!点
.
!点
#"
!点
#!
!点
)#
#%未知功能蛋白
!
个"点
$.
!点
+$
#&
$
!
讨
!
论
A8?
!
光合作用相关蛋白
B4C2>9:
酶"点
+
*点
*
*点
#$
*点
#*
*点
#
!点
$%
#广泛存在于叶绿体中!是一种蛋白复合体!参与
光反应
X_
!
固定和暗反应
X_
!
释放的双重功能!其
活性与光合作用密切相关+##,%叶绿体转酮醇酶"蛋
白点
)
#是光合作用卡尔文循环中的关键酶%碳酸酐
酶"蛋白点
#+
#也与光和作用密切相关&氧不断变
化的增强蛋白
!
即
_//!
"蛋白点
%
#是植物光合系
统
%
外周蛋白!催化水裂解而放出氧气!
_//!
对维
持光合系统
%
放氧能力起重要作用&研究表明!盐*
干旱*低温等逆境胁迫都可以使光合系统
%
光能利
用效率下降!从而使植物更容易受到光抑制的伤
害+#!,%
_//!
蛋白可以维持光合系统
%
的稳定性!
其表达量的升高可以修复因降解造成的蛋白结构破
坏!保证氧循环正常+#$,&
F>CF
"蛋白点
)
#也是叶
绿体光系统
%
中放氧复合体的外周蛋白!是保证光
系统
%
的功能完整性不可缺少的组成部分&干旱胁
迫后!棉花叶片放氧复合体的外周蛋白表达量升高!
稳定光系统
%
保证光合速率!从而来抵抗干旱
胁迫+#%,&
本研究鉴定的
+
个
B4C2>9:
酶大亚基在抗旱材
料和不抗旱材料间表达差异较大!
B4C2>9:
亚基的
分子量在两种材料中相差较大!不抗旱材料(中
A+#!
)中较抗旱材料(中
@#..
)中分子量小的
B4C2>9:
亚基的表达量都上调!可能由于干旱胁迫
下
B4C2>9:
酶发生降解产生的!由此可见!
B4C2>9:
酶的稳定!可以促进光合作用!提高植物抗旱性&转
酮醇酶*
_//!
*
F>CF
表达量上调!可提高光合系统
的光合能力!促进机体的物质代谢!维持光合作用正
常进行!抵御各种外界胁迫!对于提高植物的抗旱性
有重要作用&碳酸酐酶在抗旱材料(中
@#..
)表达
+"%!
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
$$
卷
量升高!而在不抗旱材料(中
A+#!
)中表达量下降!
推测棉花通过提高一些光合作用关键酶的表达!促
进叶片光合作用!从而提高棉花的抗旱性&
A8@
!
物质代谢相关蛋白
丙酮酸脱氢酶"蛋白点
#是糖酵解的关键酶!
将丙酮酸转化成为乙酰辅酶
D
&噻唑合成酶"蛋白
点
##
#!催化硫胺素"
:&+/(&4Y#
#的生物合成过程!
进而转化为焦磷酸硫胺素"
EFF
#参与糖酵解&二氢
硫辛酞胺脱氢酶"蛋白点
$)
#属黄素蛋白氧化还原
酶家族!也是丙酮酸脱氢酶系组成部分!广泛存在于
植物和微生物线粒体中!在三羧酸循环中!与辅酶
D
作 用 生 成 琥 珀 酞 辅 酶
D
!使
JDL
d 转 变 成
JDL@
d
!因此二氢硫辛酞胺脱氢酶表达量的下降!
将导致植物的三羧酸循环受阻+#),&磷酸烯醇式丙
酮酸羧化酶"
F/FX
#"蛋白点
%!
#是
XD]
途径的关
键酶之一!
XD]
是植物在逆境条件下物质和能量
代谢的重要途径!
F/FX
与植物的抗逆性有着密切
的关系&研究表明!水分胁迫能诱导午时花
F/FX
高水平表达&烯醇酶"蛋白点
%!
#是糖酵解途径中
的一个重要酶类!其可以催化磷酸甘油酸脱水形成
磷酸烯醇式丙酮酸&研究表明!植物在盐*干旱*高
温*低温等逆境胁迫条件下!烯醇酶基因的表达量及
酶活性均会产生相应的变化!从而为逆境条件下植
物产生大量自由基而导致的光合系统损伤的修复提
供能量!因而该基因被广泛认为是与植物抗逆性相
关的基因+#+,&
A(
腺苷甲硫胺酸合成酶"蛋白点
)"
#
在催化甲硫氨酸和
DEF
合成
A(
腺苷甲硫氨酸!
A(
腺苷甲硫氨酸是主要的甲基供体!作为辅助因子参
与蛋白质*核酸*多糖和脂肪酸的转甲基反应!
A(
腺
苷甲硫胺酸还是植物激素乙烯生物合成的前体物
质!表达量的减少预示着
A(
腺苷甲硫胺酸生物合成
的减少!可能是叶绿素破坏和光合碳同化减少的结
果+#.,&该基因在受到盐胁迫后表达量升高!并且在
耐盐材料中的表达水平明显高于盐敏感材料+#*,&
磷酸丙糖异构酶"蛋白点
)$
#是参与糖酵解途径的
另一个重要的酶!使磷酸二羟丙酮不能转变为甘油
醛
($(
磷酸&细胞中磷酸二羟丙酮明显增多!糖酵解
途径受到阻碍!
DEF
合成减少&前人用蛋白质组学
的方法发现玉米和水稻中的磷酸丙糖异构酶被干旱
胁迫所诱导+#,&
在干旱胁迫下!植物体基础代谢有关酶的活性
降低!磷酸丙糖异构酶*烯醇酶*磷酸烯醇式丙酮酸
羧化酶*丙酮酸脱氢酶*噻唑合成酶*二氢硫辛酸脱
氢酶等物质代谢途径中的基础酶类表达量升高!新
陈代谢活动加快!可以将储备的能量及时转化为细
胞各种生命活动所需的动力!从而维持细胞正常生
长!抵御外界胁迫&
A8A
!
逆境胁迫响应蛋白
热休克蛋白
."
作为伴侣分子保护光合作用系
统!水稻中过量表达
@>
[
."
能够提高水稻的抗旱
性+!",&植物病程相关蛋白"
FB#"
#是植物受非生物
胁迫后诱导产生的一类蛋白质!此蛋白在干旱胁迫
下的积累进而诱导植株获得抗旱性&
FB#"
在棉
花+!#,也有报道!响应防御逆境胁迫反应&
LJD
结
合蛋白"蛋白点
%%
#具有
LJD
结构和催化的作用!
可以通过调节
LJD
转录来调控基因表达&研究表
明
LJD
结合蛋白可激活植物细胞内水杨酸"
AD
#*
乙烯"
/E
#和茉莉酸"
SD
#等信号通路!可使病程相
关蛋白"
FB
#表达量增加!对提高植物抗逆性有重要
的意义+!!,&
干旱胁迫下(中
@#..
)叶片热休克蛋白
."
表达
量上调表明!
@>
[
."
为干旱胁迫的响应蛋白!
@>
[
."
能够与变性蛋白质结合形成聚合体!减少干旱对棉
花造成的损害&
A8B
!
物质运输及细胞结构相关蛋白
肌动蛋白"蛋白点
.
#是骨架中微丝系统的基本
组分&运动蛋白"蛋白点
#"
#可以提高胞间连丝的
通透性+!$,&细胞腔结合蛋白的转录调控*物质运输
和信号转导过程中具有重要作用&拟南芥盐胁迫
%*M
后!根中肌动蛋白表达量下调+!%,&棉花可能通
过细胞骨架相关蛋白表达量变化!调节细胞大小!从
而调节渗透压!使棉花适应干旱胁迫&肉桂酰
(X:D
还原酶是合成植物细胞壁组分中木质素的关键
酶+!),!本研究中此蛋白表达下调!推测是引起叶片
萎蔫的原因&液泡膜质子
DEF
酶"蛋白点
%
#维持
胞质
[
@
梯度的动态平衡!
DLF(
核糖基化因子"蛋
白点
)!
#是一类高度保守的
KEF(
激酶!在细胞诸多
生命活动如物质运输*生物合成*类脂的代谢中起重
要的调控作用&在拟南芥细胞的研究表明$
DLF(
核
糖基化因子在内质网与高尔基体间的小泡运输*维
持高尔基体和内质网结构!以及在溶酶体液泡运输
途径中起着重要作用+!+,%在拟南芥的
DLF(
核糖基
化因子反义表达植株生长严重受阻!表现出植株矮
小!表明
DBT
参与多种激素信号传导途径+!.,&
A8I
!
抗氧化相关蛋白
胞浆型抗坏血酸过氧化物酶
#
是一类抗坏血酸
过氧化物酶&
!(9
;
>
过氧化物酶一类过氧化蛋白
"
F=5>
#是一类新的过氧化物酶!催化
@
!
_
!
还原为
."%!
#!
期
!!!!!!!!!!
陆许可!等$干旱胁迫下不同抗旱水平陆地棉的叶片蛋白质组学比较研究
@!
_
!并且催化烷基过氧化物还原为
@
!
_
或醇&
]1
P
:43
等+!*,研究发现!小麦在开花期受高温胁迫后
F=5>
表达量显著增加!而高温胁迫同样也造成番茄
叶片中过氧化氢酶等抗氧化酶类活性的增加&过氧
化氢酶可保护高温胁迫下水稻的正常生长和发育&
大量研究表明!抗氧化相关蛋白的表达受各种环境
胁迫因子"如低温*高温*干旱*除草剂等#的诱导!用
于清除活性氧!维持干旱胁迫下质膜的稳定&本试
验中干旱处理后棉花叶片抗氧化相关蛋白表达量升
高!有利于棉花增强自由基清除系统的功能&
A8J
!
能量代谢相关蛋白
DEF
合成酶广泛存在于线粒体*叶绿体*细胞
核中!是生物体能量代谢的关键酶!又称为三磷酸腺
苷酶&
DEF
酶能将三磷酸腺苷"
DEF
#催化水解为
二磷酸腺苷"
DLF
#和磷酸根离子!催化
DEF
的水
解!
DEF
合成酶有
!
个主要部分
T"
和
T#
!
T"
在膜
的外侧!有
$
个接触位点!由
)
个不同的亚基组成%
而
T#
则形成一个跨膜蛋白!由
$
个亚基组成&
DEF
合成酶在细胞物质运输*信号传导*物质合成
与分解等代谢活动中能量的需求起决定性作用+!*,&
本实验鉴定出的
+
个蛋白点
$"
*点
$#
*点
$!
*点
%)
*
点
)!
*点
+"
都是
DEF
合成酶相关蛋白!其表达量
在干旱胁迫下升高!为各类代谢活动提供动力&
综上所述!干旱胁迫下!棉花叶片
B4C2>9:
酶表
达下调!导致光合作用速率下降!植物为了维持正常
的光合作用!叶绿体转酮醇酶*碳酸酐酶等光合作用
关键酶表达上调!促进叶片的光合作用!维持棉花生
长%丙酮酸脱氢酶*噻唑合成酶等代谢相关蛋白表达
也上调!使新陈代谢加快!为抵抗外界胁迫提供动
力%运动蛋白*细胞腔结合蛋白等物质运输相关蛋白
表达上调!有助于维持细胞结构!促进细胞离子跨膜
运输!维持胞质质子梯度平衡%同时也产生了热休克
蛋白
."
*胞浆型抗坏血酸过氧化物酶
#
等抗逆相关
蛋白!共同抵御外界胁迫%
DEF
合成酶相关蛋白表
达量升高!为各种代谢活动提供动力&可以推测!稳
定的光合作用!高效的物质代谢系统!再加上优良的
抗氧化酶系统和强大的离子运输体系!对干旱条件
下维持棉花的正常生长起重要作用&
参考文献!
+
#
,
!
Y_N/BSA8F31?U
[
=:Z49U2\2U
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