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Proteomic methods for removing high-abundance proteins in alfalfa leaf

去除紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的方法及其应用



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015044 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
陈晶,韩贵清,尚晨,张海玲,李佶恺,刘慧莹,张月学.去除紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的方法及其应用.草业学报,2015,24(7):131138.
ChenJ,HanGQ,ShanC,ZhangHL,LiJK,LiuHY,ZhangYX.Proteomicmethodsforremovinghighabundanceproteinsinalfalfaleaf.Acta
PrataculturaeSinica,2015,24(7):131138.
去除紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的方法及其应用
陈晶1,韩贵清1,2,尚晨2,张海玲2,李佶恺2,刘慧莹2,张月学2
(1.哈尔滨师范大学生命科学与技术学院,黑龙江 哈尔滨150025;2.黑龙江省农业科学院草业研究所,黑龙江 哈尔滨150080)
摘要:紫花苜蓿叶片中大量的高丰度蛋白(核酮糖l,5二磷酸羧化/加氧酶,Rubisco)干扰了蛋白质的动态分辨率,
严重影响蛋白质组学研究中功能蛋白的检测与鉴定。为了探究去除高丰度蛋白的适宜方法,本研究利用 Mg/NP
40与聚乙二醇(PEG)预分离紫花苜蓿叶片蛋白,通过双向凝胶电泳法比较了不同浓度PEG对叶片高丰度蛋白的
分离情况。电泳图谱显示0,15%,17.5%,20%PEG处理的蛋白质中分别可以检测到(335±17),(417±3),(445±
7),(459±11)个蛋白质点,0,15%,17.5%处理组间差异显著(犘<0.05),17.5%和20%PEG 处理组间没有差异
(犘<0.05)。然而,17.5%PEG能够检测到更多的差异蛋白质点,证明其更能有效沉淀高丰度蛋白,便于检测被
Rubisco遮盖的蛋白质点。将该方法应用于紫花苜蓿叶片响应低温胁迫的蛋白质组学研究中检验其应用效果,与
三氯乙酸/丙酮法提取的全蛋白相比,去除高丰度蛋白后鉴定出8个新的蛋白质差异点,证明该方法适用于实际的
蛋白质组学研究。可见,Mg/NP40与17.5%PEG法是最适宜去除紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的方法。
关键词:高丰度蛋白;核酮糖l,5二磷酸羧化/加氧酶;聚乙二醇;紫花苜蓿;蛋白质组学  
犘狉狅狋犲狅犿犻犮犿犲狋犺狅犱狊犳狅狉狉犲犿狅狏犻狀犵犺犻犵犺犪犫狌狀犱犪狀犮犲狆狉狅狋犲犻狀狊犻狀犪犾犳犪犾犳犪犾犲犪犳
CHENJing1,HANGuiQing1,2,SHANChen2,ZHAN HaiLing2,LIJiKai2,LIU HuiYing2,ZHANG
YueXue2
1.犆狅犾犾犲犵犲狅犳犔犻犳犲犛犮犻犲狀犮犲狊犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔,犎犪狉犫犻狀犖狅狉犿犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犎犪狉犫犻狀150025,犆犺犻狀犪;2.犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犌狉犪狊狊犚犲狊犲犪狉犮犺,
犎犲犻犾狅狀犵犼犻犪狀犵犃犮犪犱犲犿狔狅犳犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犲犛犮犻犲狀犮犲狊,犎犪狉犫犻狀150080,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thehighercontentofhighabundanceproteins(Ribulosel,5bisphosphatecarboxylase/oxygenase;
RuBisCo)interfereswiththedynamicresolutionofproteinsintwodimensionalelectrophoresis(2DE),affect
ingthedetectionandidentificationoffunctionalproteinsinproteomics.Toexploresuitablemethodsforremo
vinghighabundanceprotein,Mg/NP40anddifferentconcentrationsofpolyethyleneglycol(PEG)wereused
forproteinprefractionationandthetreatments’influenceontheseparationofproteinsinalfalfaleafwascom
pared.Theresultsindicatedthat(335±17),(417±3),(445±7)and(459±11)spotsweredetectedintreat
mentsof0,15%,17.5% and20% PEGrespectively.Thereweresignificantdifferencesbetweenthe0-
17.5%treatmentsbutnosignificantdifferenceswerefoundbetweenthe17.5%and20%treatments.More
differentialproteinspotsweredetectedinthe17.5%treatment,whichthusprovedthemosteffectivewayof
removingRuBisCoproteins.Inordertoinspecttheapplicabilityofthisresult,aproteomicstudyofalfalfain
responsetolowtemperatureswasundertaken.ComparedwithtotalproteinsextractedbyTCA/acetone,eight
第24卷 第7期
Vol.24,No.7
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
2015年7月
July,2015
收稿日期:20150121;改回日期:20150409
基金项目:黑龙江省博士后特殊基金项目(LBHTZ1209)和“十二五”支撑项目(2011BAD17B042)资助。
作者简介:陈晶(1984),女,黑龙江哈尔滨人,在读博士。Email:ccyj15@163.com
通讯作者Correspondingauthor.Email:ccyj200@163.com
newproteinspotswereidentifiedafterPEGtreatmenttoremovehighabundanceproteins.Theresearchthus
indicatesthatprefractionationwithMg/NP40and17.5%PEGissuitableforproteomicstudiesofalfalfa.
犓犲狔狑狅狉犱狊:highabundanceprotein;Rubisco;polyethyleneglycol;alfalfa;proteomics
蛋白质组学是21世纪的前沿热点领域之一。近十年来,其从高度专业化转变为常规的技术手段应用于植物
学研究[1]。大量蛋白质数据的挖掘在植物基因功能分析和特殊蛋白质鉴定上发挥了重要作用,也在一定程度上
为基因组和代谢组间构建了“沟通”桥梁[2]。紫花苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)是多年生豆科牧草,其丰富的蛋白质含
量及优良的适应性为草业和畜牧业的可持续发展提供了有利条件[3]。对其非生物性(低温、盐碱、干旱、药害等)
逆境因子应答反应和抗、耐性机理的蛋白质组学研究具有重要意义。但紫花苜蓿叶片中大量高丰度蛋白[如,核
酮糖l,5二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)]的存在降低了蛋白质的动态分辨率,极大地影响了逆境应答和代谢过程
中功能蛋白的分析与鉴定。
Rubisco作为一种“超大量”蛋白,普遍存在于绿色植物中。在对拟南芥(犃狉犪犫犻犱狅狆狊犻狊狋犺犪犾犻犪狀犪)和水稻(犗狉狔
狕犪狊犪狋犻狏犪)叶片的蛋白质组学研究中发现,其高丰度蛋白Rubisco及其变体分别占蛋白总量的12%和35.3%,极
易遮盖邻近蛋白,使一些低丰度蛋白无法被识别[45]。近年来,国内外科学家一直致力于寻求提高低丰度蛋白分
辨率的方法。Celar等[6]利用Rubisco免疫耗竭柱去除了叶片组织中90%~98%的Rubisco,增强了低丰度蛋白
的检测和鉴定;但该方法复杂、耗时且费用较高。Cho等[7]发现高浓度二硫苏糖醇(dithiothretiol,DTT)可以有
效去除水稻叶片中的Rubisco酶,提高双向凝胶电泳的分辨率;但DTT沉淀法原理及其在其他作物中的有效性
还需要进一步研究和检验[8]。另外,也有研究发现肌醇六磷酸钠结合钙离子法可以去除植物叶片中的大部分
Rubisco酶,其在不同植物中有效性及适宜的反应温度也需要检验和筛选[89]。PEG是一种直链大分子聚合物,
能够破坏蛋白质分子表面的水化层而使蛋白发生沉淀作用,最早应用于一些细菌和病毒蛋白的提纯[1011]。Kim
等[12]在2001年采用聚乙二醇(PEG)沉淀法预分离了水稻叶片蛋白,去除了大部分Rubisco。此后该方法又被成
功应用于拟南芥[13]、水稻[1415]和甜瓜(犆狌犮狌犿犻狊)[16]的蛋白质组学研究中,有效提高了低丰度蛋白的分辨率,也是
目前应用最多的去除植物高丰度蛋白的方法。与其他方法相比,PEG沉淀法更加快捷、简单、费用低廉且具有较
广的适用性。到目前为止,尚没有探究紫花苜蓿高丰度蛋白去除方法的相关报道。因此,本试验在前人的基础
上,利用不同浓度的PEG预分离紫花苜蓿叶片蛋白,旨在筛选去除高丰度蛋白的适宜方法;并将该方法应用于紫
花苜蓿响应低温的蛋白质组学研究中,检测其可应用性。
1 材料与方法
1.1 材料
紫花苜蓿 WL525HQ种子由黑龙江省农业科学院草业研究所提供。2014年,紫花苜蓿种子播种于混有草炭
土∶蛭石=2∶1的塑料花盆中,置于昼/夜温度25℃/20℃,光周期16h/8h,湿度约为80%,光照强度12000lx
的人工气候箱中。培养至60d苗龄,移至温度4℃,其他条件相同的恒温箱中处理12h。于低温处理0和12h
时分别剪取紫花苜蓿叶片若干,液氮速冻,-80℃保存备用。
1.2 高丰度蛋白的去除
1.2.1 蛋白质提取  取冻存叶片(低温4℃处理0h)2g,于液氮中研磨成粉末后加入8mL预冷的 Mg/NP
40蛋白提取液[0.5mol/LpH8.3TrisHCl,2%(v/v)NP40,0.02mol/L氯化镁,0.001mmol/L乙二胺四乙
酸(ethylenediaminetetraaceticacid,EDTA),0.02mol/LDTT,0.001mol/L苯甲基磺酰氟(phenylmethane
sulfonylfluoride,PMSF)][5],在冰上研磨10min。4℃,12000r/min离心30min后取上清液,弃沉淀。上清液
分为4组,分别加入适量50%(w/v)PEG4000至终浓度为0,15%,17.5%,20%,充分混匀后冰浴30min。以
PEG终浓度0为对照(Control,CK),其余3组4℃,12000r/min离心1h,分别取上清记为S1、S2、S3,相对应沉
淀记为P1、P2、P3,加入3倍体积量-20℃预冷的10% (w/v)三氯乙酸/丙酮,混匀,-20℃过夜。4℃,12000
r/min离心1h,弃上清,沉淀中加入3倍体积量-20℃预冷丙酮,重悬后置于-20℃1h。4℃,12000r/min离心
231 草 业 学 报 第24卷
30min,弃上清,沉淀冻干成粉末。
1.2.2 聚丙烯酰胺凝胶(SDS-PAGE)电泳检测  蛋白质干粉中加入裂解液[7mol/L尿素,2mol/L硫脲,
4%(w/v)3[3(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐(3[(3cholamidopropyl)dimethylammonio]propanesul
fonate,CHAPS),0.04mol/LDTT],振荡均匀后置于摇床上持续振荡1h,使蛋白完全溶解。2DQuant试剂盒
进行蛋白质定量,留取相应体积蛋白溶液,其余-80℃冰箱冻存。配制12%分离胶和5%浓缩胶用于SDS-
PAGE电泳检测。电泳结束后,考马斯亮蓝R250染色,乙醇冰乙酸脱色至条带清晰。白光扫描仪扫描凝胶,分
析蛋白质分离情况。
1.2.3 双向电泳检测  选用13cmIPG(pH4~7)胶条,蛋白质上样量为650μg,加入水化液[8mol/L尿素,
2%(w/v)CHAPS,0.3%(w/v)DTT,1%(v/v)IPGbuffer]稀释至250μL。第一向等电聚焦程序为:30V,12h;
200V,1h;500V,1h;1000V,2h;8000V,3h;8000V,45000Vh;1000V,任意。第二向12.5%聚丙烯酰胺凝
胶电泳程序为:10mA/胶条,0.5h;40mA/胶条,2.5~4h。双向电泳后,考马斯亮蓝R250染色,10%(v/v)冰
醋酸脱色后,白光扫描仪扫描凝胶,使用ImageMaster2DPlatinum凝胶分析软件进行比对分析。
1.3 PEG沉淀法的应用性验证
1.3.1 蛋白质提取  叶片全蛋白提取用传统方法三氯乙酸/丙酮提取法。取冻存叶片(低温4℃处理0,12h)
各0.5g置于预冷的研钵中,加入液氮充分研磨后转移至50mL离心管中并加入三倍体积-20℃预冷的蛋白提
取液[含10%(w/v)三氯乙酸、0.07%(v/v)β巯基乙醇、1%(v/v)蛋白酶抑制剂的丙酮溶液],-20℃沉淀过夜。
4℃,12000r/min离心1h,弃去上清,保留沉淀。用三倍于沉淀体积的含有0.07%(v/v)的β巯基乙醇的冷丙酮
将沉淀重悬,-20℃沉淀1h以上。4℃,12000r/min离心1h,弃去上清,保留沉淀。将沉淀冻干成粉末,-80℃
保存备用。
低丰度蛋白提取用 Mg/NP40+PEG法,PEG浓度为17.5% (详见1.2.1)。
1.3.2 双向电泳  选用24cmIPG(pH4~7)胶条,蛋白质上样量为1000μg,上样体积为450μL。第一向等
电聚焦程序为:30V,12h;200V,2h;500V,2h;1000V,2h;8000V,3h;8000V,65000Vh;1000V,任意。第
二向12.5%聚丙烯酰胺凝胶电泳程序为:1W/胶条,1h;13W/胶条,3.5~4h。双向电泳后,考马斯亮蓝R250
染色,10%(v/v)冰醋酸脱色后,白光扫描仪扫描凝胶,
 图1 不同浓度犘犈犌处理下蛋白质样品犛犇犛-犘犃犌犈电泳图
犉犻犵.1 犛犇犛-犘犃犌犈犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狆狉狅狋犲犻狀狊犳狉狅犿
狋犺犲犘犈犌犳狉犪犮狋犻狅狀犪狋犻狅狀
   P1~P3 为PEG浓度15%,17.5%,20% 蛋白样品的沉淀部分;S1~
S3 为PEG浓度15%,17.5%,20% 蛋白样品的上清部分。P1-P3stand
forproteinprecipitationoftreatmentwith15%,17.5%and20%PEG,
respectively.S1-S3standforproteinsupernateoftreatmentwith
15%,17.5%and20%PEG,respectively.
使用ImageMaster2DPlatinum凝胶分析软件进行比
对分析。
1.3.3 差异蛋白质点的鉴定  筛选出的差异点通
过 MADLI_TOF/TOF 进行鉴定,所得结果利用
MASCOT 软件搜索 NCBI犕犲犱犻犮犪犵狅、NCBIViri
diplantae和Uniprot数据库。
1.4 统计分析
本试验中,所有处理3次重复,相关数据通过软件
DPS进行差异显著度分析。
2 结果与分析
2.1 不同浓度PEG处理下SDS-PAGE电泳分析结

为探究不同浓度PEG对紫花苜蓿叶片高丰度蛋
白的分离情况,对各处理下蛋白质的沉淀和上清部分
进行了SDS-PAGE检测。图1是以PEG浓度0%
为对照组(control),不同浓度PEG处理蛋白样品后沉
淀和上清部分的SDS-PAGE电泳分析对比图。其
331第7期 陈晶 等:去除紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的方法及其应用
中P1~P3与S1~S3分别对应PEG浓度15%,17.5%,
图2 不同浓度犘犈犌处理下2犇犈对比图像
犉犻犵.2 犆狅犿狆犪狉犪狋犻狅狀狅犳2犇犈犵犲犾狊犳狉狅犿狋犺犲
犘犈犌犳狉犪犮狋犻狅狀犪狋犻狅狀
   右侧图像为双向电泳图中红框内蛋白质点的3D图像3Dimageson
therightshowingproteinspotsintheredboxof2DEgels.
20% 蛋白样品的沉淀和上清部分。图中对照组高丰
度蛋白条带清晰,聚集在55kD左右处。而PEG处理
后,沉淀样P1~P3 可见清晰的高丰度蛋白条带,并且
Rubisco分散为55kD左右大亚基(largesubunitof
Rubisco,LSR)和14.4kD左右小亚基(smalsubunit
ofRubisco,SSR);上清样S1~S3 高丰度蛋白条带减
弱,其中S2 和S3 中高丰度蛋白下降更明显,低丰度蛋
白条带清晰稳定。可见,PEG可以沉淀富集紫花苜蓿
叶片中的Rubisco,17.5%,20%的PEG均可用于去
除高丰度。
2.2 不同浓度PEG处理下双向电泳图像分析结果
图2显示不同浓度PEG处理下蛋白质样品上清
部分的双向电泳图像。图中红框内为高丰度蛋白点,
用3D图像显示丰度。对照和S1 可见大量高丰度蛋
白点,S2 和S3 中高丰度蛋白明显减少。而随着PEG
浓度的升高可检测出的蛋白质点数目增多(表1),与
对照组重叠的点数减少,17.5%和20%的PEG处理
均可获得较多蛋白质点,且二者没有显著差异(犘<
0.05);与对照组相比差异点数变化较大,差异率分别
为(33.33±0.72)%,(56.62±0.22)%,(52.28±
0.72)%,差异显著(犘<0.05)。可见,17.5%和20%
的PEG均可用于提取低丰度蛋白,与SDS-PAGE分
析结果一致,但17.5%PEG处理下可检测出更多差异
点(表1)。在图2的3D图像中,S2 的蛋白质点形成相
对分离的单峰图像,可观察到清晰的蛋白点和丰度;S3
则蛋白损失过多,呈现细小尖峰图像。可见,17.5%
PEG更适宜于紫花苜蓿的高丰度蛋白的去除。
2.3 PEG沉淀法在响应低温蛋白质组学研究中的应

为了验证PEG沉淀法在紫花苜蓿响应低温蛋白
质组学研究中的可应用性,紫花苜蓿叶片的蛋白分别
用三氯乙酸/丙酮法和17.5%PEG沉淀法进行提取,
双向电泳后经ImageMaster2DPlatinum软件分析确
定响应低温的差异蛋白质点。图3为4℃处理12h下
紫花苜蓿叶片的双向电泳图谱(A为三氯乙酸/丙酮
法,B为17.5% PEG沉淀法),数字分别标注了全蛋
白和低丰度蛋白响应低温的差异蛋白质点。与未处理
的对照组相比,经低温后紫花苜蓿叶片蛋白(A)中有
表1 不同处理下2犇犈图像蛋白点统计分析
犜犪犫犾犲1 犛狋犪狋犻狊狋犻犮犪犾犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狆狉狅狋犲犻狀狊狆狅狋狊犳狉狅犿
狋犺犲犘犈犌犳狉犪犮狋犻狅狀犪狋犻狅狀
PEG浓度
Concentration
ofPEG
(%)
蛋白点数
Numberof
protein
spots
重叠点数
Numberof
overlapping
spots
差异点数
Numberof
difference
差异率
Difference
ratio
(%)
0(CK) 335±17c 335±17a 0 0
15(S1) 417±3b 278±7b 139±4c 33.33±0.72c
17.5(S2) 445±7a 193±10c 252±3a 56.62±0.22a
20(S3) 459±11a 219±20c 240±9b 52.28±0.72b
 注:重叠点数为PEG处理后上清液与对照组相重叠点数。同列不同
小写字母表示差异显著(犘<0.05)。
 Note:OverlappingspotsrepresentspotsofsupernatantfromPEG
fractionationoverlappingwithspotsofcontrol.Thedifferentlettersin
thesamecolumnmeansignificantdifferencesat犘<0.05.
14个点蛋白质丰度变化在1.5倍以上(图3),而PEG去除高丰度蛋白Rubisco后,低丰度蛋白(B)中发现8个新
的差异点(图3)。经MADLI_TOF/TOF鉴定,所得结果利用MASCOT软件搜索相关数据库确定其蛋白种类
431 草 业 学 报 第24卷
图3 紫花苜蓿叶片响应低温的全蛋白(犃)和低丰度蛋白(犅)双向电泳图
犉犻犵.3 2犇犈犵犲犾狊狅犳犺狅犾狅狆狉狅狋犲犻狀(犃)犪狀犱犾狅狑犪犫狌狀犱犪狀犮犲狆狉狅狋犲犻狀(犅)犻狀狉犲狊狆狅狀狊犲狋狅犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犻狀犪犾犳犪犾犳犪
数字表示差异点编号 Digitsrepresentspotsnumbers.
表2 响应低温的差异蛋白鉴定结果
犜犪犫犾犲2 犚犲狊狌犾狋狅犳犻犱犲狀狋犻犳犻犲犱狆狉狅狋犲犻狀狊犻狀狉犲狊狆狅狀狊犲狋狅犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲
蛋白质
点序号
Spots
No.
蛋白质名称
Proteinname
NCBI/Uniprot中序列号
AccessionNo.in
NCBI/Uniprot
植物种类
Plantspecies
蛋白质分子量/等电点
Proteinmolecular
weight(Da)/Protein
isoelectricpoint
蛋白质
得分
Protein
score
1 Rubisco活化酶Rubiscoactivase gi|23320705 紫花苜蓿犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪 30170.2/5.63 100.000
2 Rubisco活化酶Rubiscoactivase gi|23320705 紫花苜蓿犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪 30170.2/5.63 100.000
3 Rubisco活化酶Rubiscoactivase RCAB_HORVU 大麦犎狅狉犱犲狌犿狏狌犾犵犪狉犲 47425.8/7.59 100.000
4 Rubisco活化酶Rubiscoactivase gi|23320705 紫花苜蓿犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪 30170.2/5.63 98.308
5 Rubisco活化酶Rubiscoactivase gi|223536483 荨麻犚犻犮犻狀狌狊犮狅犿犿狌狀犻狊 52191.7/5.35 100.000
6 Rubisco大亚基结合蛋白β亚基 Rubiscolargesubunitbindingproteinsub
unitbeta
RUBB_PEA 豌豆犘犻狊狌犿狊犪狋犻狏狌犿 63287.4/5.85 99.555
7 Rubisco大亚基Rubiscolargesubunit gi|1223773 紫花苜蓿犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪 50684.6/6.22 94.268
8 转酮醇酶 Transketolase gi|502121526 鹰嘴豆犆犻犮犲狉犪狉犻犲狋犻狀狌犿 80412.5/6 100.000
9 转酮醇酶 Transketolase gi|502121526 鹰嘴豆犆犻犮犲狉犪狉犻犲狋犻狀狌犿 79905.7/6.51 100.000
10 转酮醇酶 Transketolase gi|502121526 鹰嘴豆犆犻犮犲狉犪狉犻犲狋犻狀狌犿 80412.5/6 100.000
11 S腺苷L甲硫氨酸合成酶SadenosylLmethioninesynthetase gi|139478060 黄花苜蓿犕犲犱犻犮犪犵狅犳犪犾犮犪狋犪 43588/5.77 100.000
12 谷氨酸1半醛转氨酶 Glutamate1semialdehydeaminotransferase gi|345451030 紫花苜蓿犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪 50260.5/6.36 100.000
13 非典型蛋白PREDICTED:UncharacterizedproteinLOC101499502 gi|502140419 鹰嘴豆犆犻犮犲狉犪狉犻犲狋犻狀狌犿 36689.6/6.3 100.000
14 未命名蛋白产物 Unnamedproteinproduct gi|297746499 葡萄犞犻狋犻狊狏犻狀犻犳犲狉犪 24323.4/7.63 95.924
L1 Rubisco大亚基 Rubiscolargesubunit gi|404243904 紫花苜蓿犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪 21709.9/5.78 100.000
L2 肽基脯氨酰顺反异构酶PeptidylprolylcistransisomeraseCYP203 gi|334186198 拟南芥犃狉犪犫犻犱狅狆狊犻狊狋犺犪犾犻犪狀犪 28403.2/8.97 99.831
L3 真核翻译起始因子 Eukaryotictranslationinitiationfactor5A2 gi|20138664 紫花苜蓿犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪 17501.7/5.41 100.000
L4 2半胱氨酸过氧化物还原酶2CysperoxiredoxinBAS1like gi|502112098 鹰嘴豆犆犻犮犲狉犪狉犻犲狋犻狀狌犿 30698.1/6.12 100.000
L5 2半胱氨酸过氧化物还原酶2CysperoxiredoxinBAS1like gi|502112102 鹰嘴豆犆犻犮犲狉犪狉犻犲狋犻狀狌犿 29144.1/6.12 100.000
L6 5甲基四氢蝶酰三谷氨酸高半胱氨酸甲基转移酶5methyltetrahydropteroyl
triglutamatehomocysteinemethyltransferase
METE_ARATH 拟南芥犃狉犪犫犻犱狅狆狊犻狊狋犺犪犾犻犪狀犪 84645.6/6.09 100.000
L7 5甲基四氢蝶酰三谷氨酸高半胱氨酸甲基转移酶5methyltetrahydropteroyl
triglutamatehomocysteinemethyltransferaselike
gi|525345100 鹰嘴豆犆犻犮犲狉犪狉犻犲狋犻狀狌犿 84599.7/6.01 100.000
L8 放氧增强蛋白 Oxygenevolvingenhancerprotein gi|502153108 鹰嘴豆犆犻犮犲狉犪狉犻犲狋犻狀狌犿 35106.8/6.24 100.000
 “L”表示低丰度蛋白。“L”representslowabundanceprotein.
531第7期 陈晶 等:去除紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的方法及其应用
(表2)。由鉴定结果可知,紫花苜蓿叶片蛋白和低丰度蛋白中 Rubisco及其变体分别占差异蛋白的50%和
12.5%。去除高丰度蛋白后,可检测出原本被遮盖或因共迁移影响的蛋白质,其蛋白种类可见表2。可见,
17.5%的PEG可以清除大部分Rubisco,并可应用于紫花苜蓿响应低温的蛋白质组学研究中。
3 讨论
植物组织中常含有拷贝数众多的高丰度蛋白,例如,Rubisco作为光合作用中固定CO2 关键酶,一般占蛋白
总量的30%~60%,严重影响邻近蛋白点的识别和其他蛋白点在凝胶电泳中的共同迁移,从而降低了低丰度蛋
白的分辨率[1719]。同样的,由于高丰度蛋白占据了样品中的一大部分,使得在双向电泳IPG胶条上样容量一定
的情况下,低丰度蛋白的含量受到限制而不易被检测到[20]。而低丰度蛋白作为细胞或组织中的受体分子、信号
分子等参与基因表达调控,往往具有十分重要的功能[19]。因此,如何去除高丰度蛋白以便分离鉴定低丰度蛋白
一直是蛋白质组学研究中亟待解决的问题之一。在以往的文献中发现,15%~20%PEG可以有效去除植物蛋白
中大部分高丰度蛋白,尤其是Rubisco的大亚基,但在不同物种或组织中用于预分离的PEG浓度是不同的。在
一定范围内,高浓度PEG对蛋白质的沉淀效率高。Xi等[13]利用16%的PEG去除了拟南芥中大部分高丰度蛋
白;王莹等[21]利用20%PEG提取了水稻叶鞘中的低丰度蛋白;钟俐等[16]研究发现15%PEG更适宜于甜瓜叶片
的低丰度蛋白提取。本研究表明,适宜的PEG浓度可以去除紫花苜蓿叶片的高丰度蛋白,且这种筛选是十分必
要的。PEG浓度过低无法有效沉淀高丰度蛋白(图2中S1);浓度过高则易造成蛋白质过度沉淀,蛋白质点损失
(图2中S3)。本研究中,17.5%PEG能够清除大部分高丰度蛋白,使原本被遮盖的蛋白质点更易于被检测到;同
时避免了蛋白的过度损失。可见,该浓度最适宜紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的去除。
为了验证PEG沉淀法在紫花苜蓿蛋白质组学研究中的可行性,比较了三氯乙酸/丙酮法与PEG去除叶片高
丰度蛋白后响应低温的差异蛋白变化。三氯乙酸/丙酮法是提取植物蛋白质的常用方法之一[2225],具有降低次生
代谢物质的干扰、减少蛋白降解等优点[2627]。与其提取的蛋白相比,17.5%PEG去除了大部分Rubisco,并检测
到8个响应低温的新蛋白质。其中Rubisco大亚基(点L1)主要参与光合作用过程中CO2 的固定;肽酰脯氨酰-
顺反式异构酶(点L2)和真核翻译起始因子(点L3)参与蛋白质的翻译和折叠加工[25,2830];2半胱氨酸过氧化物还
原酶(点L4 和L5)响应低温胁迫下机体内部的氧化还原平衡[31];5甲基四氢蝶酰三谷氨酸高半胱氨酸甲基转移
酶(点L6 和L7)是一类甲基转移酶,可为S甲硫氨酸腺苷途径提供底物;而放氧增强蛋白(点L8)作为获光复合
体的组成元件,能通过激发叶绿素而获得更多的光能,并把能量转移到光化反应中心,有助于增强低温逆境下的
光合作用效率[32]。这些新发现的蛋白点在紫花苜蓿叶片中由于高丰度蛋白遮盖而无法检测到。可见,利用
17.5%PEG去除高丰度蛋白在紫花苜蓿蛋白质组学研究中有实际的应用意义,有助于低丰度蛋白的检测。该方
法也可用于紫花苜蓿生长发育或逆境应答的蛋白质组学研究,有助于功能蛋白的分析与鉴定。
4 结论
高丰度蛋白影响了紫花苜蓿叶片中低丰度蛋白的鉴定。本研究采用PEG沉淀法,比较了0,15%,17.5%和
20%的PEG对高丰度蛋白的分离情况,结果显示,17.5%的PEG最适宜用于紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的去除。
此法应用于紫花苜蓿低温应答的差异蛋白鉴定中,获得8个新差异蛋白,证明其适用于紫花苜蓿的蛋白质组学研
究。
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