全 文 ：第 18 卷
第 5 期

Vol. 18
No. 5
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2010 年
9 月

Sep.

2010
沟叶结缕草应答高温和低温胁迫的蛋白质表达差异分析
黄锦文, 林争春 , 陈冬梅, 郑红艳, 林文雄*
(福建农林大学农业生态研究所, 福州
350002)
摘要: 为阐明沟叶结缕草( Zoys ia matrella ( L. ) Mer r. )相对耐高温而不耐低温的分子机理, 于 2008 年 5 月应用差
异蛋白质组学方法分析了沟叶结缕草在低温( 5
)和高温( 40
)胁迫下的叶片蛋白质组差异表达,共检测到 35 个
差异蛋白质点,其中 26 个得到鉴定。分析表明:沟叶结缕草在低温胁迫下, 一方面加强了胞内信号转导、活性氧的
清除、蛋白质防御以提高其低温适应性; 另一方面,由于一些蛋白质的下调表达, 使得其低温下植物体呼吸作用表
现为先增强后减弱、光合作用下降、蛋白降解、细胞的转运能力减弱 ,因而抗低温性能下降。在高温胁迫下,则通过
一些蛋白质的上调表达,加强了体内信号识别和转导、光合作用、呼吸作用、次生代谢作用、活性氧的清除、蛋白质
防御及合成等功能,沟叶结缕草表现出相对较强的高温抗逆性。
关键词:沟叶结缕草; 温度胁迫;蛋白质组学
中图分类号: S688. 4



文献标识码: A




文章编号: 1007
0435( 2010) 05
0636
08
Proteomic Analysis of Zoysia matrella in Response
to High and Low Temperature Stress
HUANG Jin
wen, LIN Zheng
chun, CHEN Dong
mei, ZHENG Hong
yan, LIN Wen
xiong*
( Inst itute of Agroecology, Fujian Agricu lture and Forest ry U niver sity, Fuzhou, Fujian Province 350002, Chin a)
Abstract: T he physiolog ical mechanisms of co ld
resistance and heat
to ler ance in Zoy sia matr el la, as w ell
as its maintenance management , have been reported, how ever lit t le info rmat ion is av ailable for it s r esist

ance pertaining to molecular mechanisms. The dif ferent ial expr ession pro teins of leaves in the tur fg rass un

der low temperature and high temperature t reatments w ere studied by the method o f different ial pro

teom ics, to search fo r molecular mechanisms o f Z. matrella which w as relat iv ely tolerant to high tempera

ture w hile sensit ive to chilling . There w ere 35 protein spo ts show ing dif ferent expression patterns in the
turfgrass af ter t reated w ith dif ferent temperature str ess. Tw enty six proteins w ere successfully ident if ied.
Further analysis show ed that some of the expressed proteins were up
regulated under the low temperature
tr eatment , such as funct ioning to increase signal tr ansduct ion and act ivate oxygen scavenging and pr otein
defense, w ould enhance a resistance ability in Z. matr el la to decrease low temperature st ress. Also , some
pro teins w ere found to be down
regulated in Z. matr el la under the low temperature treatment . T ho se
down
r egulated proteins resulted in an init ial increase, and then fo llow ed by a decrease of respirat ion rate.
In turn, photosythesis declined, pro teins degr aded, and transpo rtat ion ability reduced, consequent ly led to
decreased resistance potent ial in Z. matr el la under the low temperature t reatment . These up
regulated
pro teins st reng thened signal discernableness and its t ransduct ion, incr eased photosythesis and r espirat ion,
promoted secondary metabolism, and act ivated oxygen scaveng ing . T hey enhanced protein defense and
synthesis, in turn, led to a st ronger resistance capability in Z. matrella under the high temperature t reat

ment .
Key words: Zoy sia matr el la ; T emperatur e st ress; Proteomics


沟叶结缕草( Zoy sia matr el la ( L. ) Mer r. )是
禾本科( Gramineae)结缕草属的多年生草本植物,具
有较强的耐旱性、耐盐碱性、耐荫性、耐热性、抗病性
和对土壤要求不严等特性, 被认为是一种高质量的
草坪草,但其抗寒性较差,在低于 0
时会出现严重
的冻害, 日均温在 10
以下叶和茎就会枯黄[ 1]。国
内对于沟叶结缕草的抗寒耐热性生理机制及其在草
坪管理养护等方面做了较多的研究[ 2~ 4] , 但对其抗
逆性形成的分子机理,包括遗传连锁图谱构建及基
因克隆和基因资源研究报道还不多见[ 5, 6]。
收稿日期: 2010
06
03;修回日期: 2010
08
30
基金项目:福建省生态学重点学科资助( 0608537)资助
作者简介:黄锦文( 1967
) ,女,福建闽清人,副教授,博士,主要从事作物生理及分子生态学研究, E
mail: huangjw 1126@ sohu. com; * 通讯
作者 Author for correspondence, E
mail: w enxiong181 @ 163. com
第 5期 黄锦文等:沟叶结缕草应答高温和低温胁迫的蛋白质表达差异分析
近年来,蛋白质组学作为研究生物体内物质代谢机
理的高通量研究手段, 被广泛应用于植物领域, 与
基因组学相比, 蛋白质组学为鉴定组织在表达水平
上的全套蛋白质提供了极大的可能性[ 7]。本试验应
用蛋白质组学和生物信息学的技术和方法, 比较分
析沟叶结缕草在高低温胁迫下蛋白质组水平上的表
达差异,旨在寻找和鉴定温度胁迫响应特异蛋白及
其功能,进一步阐明沟叶结缕草为何相对耐高温而
不耐低温的分子机制, 为培育优良抗性品种提供理
论依据。
1
材料与方法
1. 1
试验材料
本试验以沟叶结缕草种为研究材料, 2006年 4
月 10日在福建农林大学试验基地铺植沟叶结缕草
匍匐茎。草坪成活并成坪后, 进行施肥、修剪等常规
管理。于 2008年 4月, 当草坪高度约 10 cm 时, 起
坪并将其均匀地铺植到各土培盆中,盆高 16. 6 cm,
上部面积 1609. 92 cm2 , 下部面积 1168. 5 cm2 ,每盆
填满重量基本一致的、混合均匀的红壤土,经测定该
土壤 pH 值 5. 09, 有机质、全氮、全磷和全钾含量分
别为 10. 102, 0. 794, 0. 497和48. 725 g
kg - 1 ,速效
氮、速效磷、速效钾含量分别为 55. 435, 24. 123 和
38. 612 mg
kg- 1。常规管理,成活后, 用于高低温
胁迫处理试验。
1. 2
试验处理
低温胁迫处理: 盆栽种植一个月后, 于 2008 年
5月初, 将 2盆沟叶结缕草放置于 5
人工气候箱中
分别处理 24 h 和48 h,对照 2盆放置于 30
条件下
人工气候箱中也分别处理 24 h 和 48 h。低温处理
与对照保持同样的光照和湿度条件。处理后同步取
相同部位叶片, 液氮速冻后立即放于- 80
超低温
冰箱保存,用于蛋白质提取,各处理重复 3次。
高温胁迫处理: 除处理温度设置为 40
外, 其
他条件均与低温处理一样,各处理亦重复 3次。
1. 3
蛋白质提取
利用 T CA/丙酮法提取叶片蛋白质: 取 1 g 左
右的叶片于研钵中, 加入 10% PVP, 液氮研磨成粉
末,加入 5 mL 10% TCA(三氯乙酸: 10%纯 TCA,
90%丙酮, 0. 07%巯基乙醇)重悬沉淀, - 20
沉淀
过夜, 4
下 18000 r
min- 1离心 30 min, 弃上清;
沉淀用预冷的丙酮重悬, - 20
下沉淀 1小时, 4

下 18000 r
min- 1离心 30 min, 弃上清;重复前一步
操作两次;真空干燥所得的沉淀,于- 20
保存待用。
1. 4
双向电泳
参考王经源等 [ 8] 的方法。第一向等电聚焦
( IEF)胶条为 18 cm, 上样量为 150
g。第二向聚
丙烯酰胺凝胶电泳( SDS
PAGE)的凝胶规格为 190
mm
190mm
1. 5 mm, 分离胶浓度为 10%, 浓缩
胶浓度为5% , 在垂直电泳槽中进行。电泳结束后,
用硝酸银染色。Umax pow erlo ok 扫描仪扫描凝胶
图像, 构建蛋白质表达图谱,借助 ImageM aster 5. 0
软件分析。
1. 5
胶内酶解及肽段提取
酶解:加入 5~ 10
L 浓度为 12. 5 ng

L - 1的
t rypsin酶溶液, 4
冰箱中放置约 30 m in,以确保胶
粒能很好地吸收酶液,取出后在37
烘箱中酶解过夜。
肽段提取:加入 50%乙腈和 0. 1% T FA60
L,
30~ 40 min 后, 将溶液转移到新的 96 孔板内。重
复 2~ 3次。将肽段溶液在 N 2 流下吹干浓缩,以备
用于质谱鉴定。
1. 6
Q
TOF/MS(电喷雾
四级
飞行时间质谱)分析
及数据库查询
Q
TOF/ MS 分析在上海复旦大学生命科学学
院分析测试中心质谱室进行。PMF 质量扫描范围
为 700~ 3500 Da,且强度最大的 5 个峰进行串级质
谱分析;谱图用 myoglobin酶解肽段进行外标校正。
所得结果利用 Mascot 软件搜索 MSDB 和 NCBInr
数据库。
2
结果与分析
2. 1
沟叶结缕草高低温胁迫下叶片蛋白质差异表达
经低温、高温处理后,叶片蛋白质样品通过双向
电泳、银染、凝胶扫描后, 得到的蛋白质图谱利用
ImageM aster 5. 0 软件对其进行分析, 每块胶可以
得到分离较好的 900~ 1000多个蛋白质点。以对照
样品蛋白质表达图谱为标准,用于蛋白质点的定位
和丰度变化鉴别, 发现共有 35个蛋白质点在不同处
理间存在显著的差异表达,分别在对照图谱上标记
为 1~ 35(见图 1)。图谱分析表明: 差异表达的 35
个蛋白质点 pI从 3. 5~ 10. 0, 分子量在 14~ 116 kD
范围内。
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报 第 18卷
图 1
沟叶结缕草叶片蛋白质双向电泳图谱
F ig. 1
T he 2
DE image of leaf pro teins in Zoy s ia matrella ( L . ) Merr .
2. 1. 1
低温胁迫条件下沟叶结缕草蛋白质的双向
电泳图谱分析
沟叶结缕草在低温处理 24 h和 48
h后蛋白质丰度变化见图 2。从图中可看出,有 7个
蛋白质( spo t 5, 9, 12, 21, 22, 34, 35)在 5
低温处理
24 h和 48 h 后均呈现上调表达; 3个蛋白质 ( spot
2, 13, 31)在处理 24 h 和 48 h后呈现下调表达; 有
16个蛋白质( spo t 1, 3, 4, 6, 7, 8, 10, 11, 14, 15, 16,
24, 25, 27, 28, 29)在 5
低温胁迫下呈现先( 24 h)
上调后( 48 h)下调表达; 还有 2个蛋白质( spot 23,
26)则呈现先( 24 h)下调后( 48 h)上调表达。
图 2
沟叶结缕草低温胁迫 0 h, 24 h和 48 h等 3 个时间点的差异蛋白丰度变化
Fig . 2
The relativ e abundance changes of differentially displayed protein spo ts from
Zoy sia matr ella ( L. ) Mer r. 2
DE after co ld stress 0 h, 24 h and 48 h
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第 5期 黄锦文等:沟叶结缕草应答高温和低温胁迫的蛋白质表达差异分析
2. 1. 2
高温胁迫条件下沟叶结缕草蛋白质的双向
电泳图谱分析
沟叶结缕草在不同时间的高温胁迫
下各蛋白质相对丰度变化见图 3,由图可看出各蛋
白的表达是动态变化的, 其中有 14 个蛋白质 ( spot
1, 3, 5, 8, 11, 15, 19, 20, 21, 22, 26, 28, 29, 30) 在
40
高温处理 24 h和 48 h后呈现上调表达; 3个蛋
白质( spo t 2, 6, 31)在处理 24 h和 48 h后都呈现下
调表达;有 5个蛋白质( spo t 13, 18, 25, 32, 33)在高
温胁迫下先( 24 h)上调后( 48 h)下调表达; 还有 3
个蛋白质( spo t 10, 12, 17)是( 24 h)下调后( 48 h)上
调表达的。
图 3
沟叶结缕草高温胁迫 0 h, 24 h和 48 h等 3 个时间点的差异蛋白丰度变化
Fig . 3
The relativ e abundance changes of differentially displayed protein spo ts from
Zoy sia matr ell a (L . ) Mer r. 2
DE after heat str ess 0 h, 24 h and 48 h
2. 2
沟叶结缕草高低温胁迫下叶片差异表达蛋白
质的质谱分析与鉴定
根据双向电泳图谱的匹配情况, 对凝胶图谱中
重复性较好的, 在高低温胁迫条件下丰度值发生
1. 5 倍以上变化的 35 个蛋白质点通过 Q
T OFMS
分析,并根据各蛋白点的肽质量指纹图谱的匹配峰
值登陆 Mascot 网站进行检索。为了保证检索到的
蛋白的准确性, 以峰值匹配达到 5条以上,序列覆盖
率达到 15%以上( P< 0. 05)为确切匹配, 结果有 26
个蛋白获得了有效的肽指纹图谱和功能预测, 将所
鉴定出的 26个蛋白按其功能进行分类,共分成 5大
类群(见表 1)。
3
讨论
本试验结果表明,高低温胁迫下,沟叶结缕草所
鉴定出的 26个差异表达蛋白主要涉及信号转导、代
谢、防御、蛋白质合成与降解以及细胞转运和胚胎发
育等过程。一致, Lee等[ 9] 在研究水稻( Ory z a sat i

va L. )幼苗经过高温胁迫( 42
)处理后,发现其叶
片中产生了差异表达的蛋白,这些蛋白分别属于热
激蛋白、能量代谢蛋白、氧化还原蛋白和调控蛋白
等。此外,在水稻颖果中还发现了 54个高温胁迫响
应蛋白,这些蛋白参与了碳水化合物代谢、蛋白质合
成与分解以及胁迫响应 [ 10]。Shun
Ping Yah 等[ 11]
通过 2
DE技术研究了低温胁迫下的水稻幼苗蛋白
质组的差异,结果也表明,这些差异蛋白参与了信号
传导、RNA合成、翻译、蛋白质修饰、氧化还原、光合
作用、光呼吸和碳循环等作用。
3. 1
应答高低温胁迫的信号转导
在本试验的高低温处理中, 均鉴定出了推定的
乙烯受体( Spot 5) , 其相对丰度在高低温下都发生
加强表达。乙烯受体是跨膜信号转换的重要受体之
一,在植物生长发育和对逆境胁迫反应调控中起着
重要作用,能调控生物胁迫和非生物胁迫下植物的
响应[ 12]。说明温度胁迫下,沟叶结缕草加强了信号
的跨膜转换作用。此外, 低温胁迫中蛋白碱性亮氨
酸拉链转录因子 ( Spot 24)及高温处理试验中的蛋
白激酶( Spo t 30)的增强表达,均与信号转导有关。
639
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表 1
差异表达蛋白的 Q
TOF MS鉴定结果
Table 1
Identification of differentially expressed pro teins by Q
T OF MS
蛋白点
Spot
蛋白质名称
Pr otein n am e
登录号
Accession
分数
Scor e
理论分子量/等电点
T heor et ical Mr / PI
来源物种
S ource species
信号转导相关蛋白 Pr oteins related to s ignal t ransdu ct ion
5
推定的乙烯受体
putat ive eth ylen e receptor
gi| 18252351 67 82. 99/ 6. 52 Py rus communi s
24
bzip转录因
bzip t rans cript ion factor
gi| 17025924 55 36. 86/ 8. 59 Ory z a sa ti v a
30
蛋白激酶
Protein k inase domain containin g protein
gi| 115482734 65 57. 10/ 7. 74 Ory z a sa ti v a
代谢相关蛋白 Protein s related to metab ol ism
9
1, 5- 二磷酸羧化酶大亚基
ribulos e bisphosphate carb ox ylase large sub unit
gi| 90968374 94 48. 31/ 6. 23 Musa rosea
10
1, 5- 二磷酸羧化酶大亚基
ribulos e bisphosphate carb ox ylase large sub unit
gi| 5002328 128 52. 65/ 6. 0 Cor iar ia sarmentosa
12
1, 5- 二磷酸羧化酶大亚基
ribulos e bisphosphate carb ox ylase large sub unit
gi| 16755023 148 52. 94/ 6. 13 A ip hanes aculeata
17
1, 5- 二磷酸羧化酶大亚基
ribulos e bisphosphate carb ox ylase large sub unit
gi| 12002079 163 52. 94/ 6. 13 S chima su per ba
34
1, 5- 二磷酸羧化酶大亚基
ribulos e bisphosphate carb ox ylase large sub unit
gi| 16755023 94 52. 94/ 6. 13 A ip hanes aculeata
4
推定的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶( PEP羧化酶)
putat ive phosphoen olpyruvate carb ox ylas e
gi| 11991545 84 45. 3/5. 12 Ch lori s gay ana
8
Rubisco 活化酶前体
Rubisco act ivase precur sor
gi| 3687652 176 40. 82/ 7. 59 Dat i sca glomerata
1
细胞色素 C
Cytochrome c
gi| 117989 57 11. 89 / 9. 85 Ory z a sa ti v a
29
推定的依赖 NADP苹果酸脱氢酶
putat ive NADP
dep endent malate dehydr ogenase gi| 115482734 64 48. 31/ 5. 81 Ar abid op si s thal iana
32
ATP 合成酶
ATP syntheras e
gi| 22330608 74 15. 67/ 8. 19 Ar abid op si s thal iana
33
丙酮酸脱氢酶
Pyru vate deh ydrogenase
gi| 3851001 62 40. 0/5. 56 Zea mays
35
甘油醛- 3- 磷酸脱氢酶
Gly ceraldehyde
3
phosphate dehydrogenase gi| 120668 60 33. 21/ 6. 2 Ory z a sa ti v a
11
异黄酮合成酶
Is oflavone synth as e
gi| 6979556 79 56. 54/ 9. 25 B eta vu lg ari s
抗性相关蛋白 Proteins related to res istan ce
19
NBS
LRR抗病蛋白
NBS
LRR disease resistan ce
lik e protein gi| 84620699 62 19. 87/ 6. 62 Popu lu s
15
推定的谷胱甘肽 S转移酶
putat ive glutathione
s
t ransferase gi| 22830280 56 30. 22/ 5. 48 Ory z a sa ti v a
28
过氧化氢酶
Catalas e
gi| 54304033 109 56. 83/ 6. 58 S ecale ce reale
21
推定的热激蛋白
putat ive heat
shock protein gi| 115477014 200 88. 29/ 5. 02 Ory z a sa ti v a
22
热激蛋白 70B
heat shock 70B
gi| 18377586 265 74. 04/ 5. 11 Dunal ie lla sal ina
蛋白质合成与降解相关蛋白 Proteins related to synthesis and degradat ion
20
小核糖体蛋白
Small ribosomal protein 4
gi| 37683568 74 22. 44/10. 19 P og onatum p i li f e rum
7
肽酶 S1和 S6
Pept idas e S1 and S6
gi| 92877899 138 45. 77/ 6. 79 Medicag o t runcatula
3
类似亲环蛋白
Cydophilin
like protein gi| 37788308 63 64. 64/ 8. 58 T ri t icum ae sti v um
细胞转运及胚胎发育相关蛋白 Proteins related to cel l t ransp ortat ion and emb ryonic developmen t
2
推定的驱动蛋白
putat ive kin esin motor protein
gi| 77556073 65 98. 46/ 6. 46 Ory z a sa ti v a
31
ZLL/ PNH 同源蛋白
ZLL/ PNH hom ologou s protein
gi| 21280321 91 108. 28/ 9. 34 Ory z a sa ti v a
640
第 5期 黄锦文等:沟叶结缕草应答高温和低温胁迫的蛋白质表达差异分析
可见,不管是高温还是低温胁迫,沟叶结缕草均加强
了信号相关蛋白的表达。这是因为植物总是生活在
多变的环境中, 在逆境胁迫下,植物为了生存, 会把
环境刺激信号, 转化为细胞内信号,从而产生适应环
境的细胞反应, 调节生长发育。
3. 2
高低温胁迫下代谢有关酶的响应
3. 2. 1
光合作用代谢酶的响应
光合作用是植物
最重要的生理过程之一,其受温度影响最大。低温
处理后,核酮糖 1, 5
二磷酸羧化酶大亚基, 在凝胶
中以 4个点的形式出现( Spo t 9, 10, 12和 34) , 其中
3个蛋白质点( Spot 9, 12 和 34)相对丰度不管是胁
迫 24 h 还是 48 h 均发生增强表达, 只有一个蛋白
质点( Spot 10)是先( 24 h)上调表达,后( 48 h)表现
为下调表达; 高温处理后, 核酮糖 1, 5
二磷酸羧化
酶大亚基,在凝胶中以 3个点的形式出现( Spot 10,
12和 17) ,这 3个蛋白质点的相对丰度一致表现为
于胁迫 24 h时 表达下调,胁迫 48 h时表达又增强。
说明低温胁迫 24 h 时核酮糖 1, 5
二磷酸羧化酶可
能被降解,导致大亚基含量的上升,并且随着低温时
间的延长大亚基含量继续上升; 而高温胁迫 24 h
时,对核酮糖 1, 5
二磷酸羧化酶破坏不大, 但随胁
迫时间延长( 48 h)该酶也逐渐被降解。Estelle[ 13]
等研究也发现, 在冷诱导条件下, 核酮糖 1, 5
二磷
酸羧化酶大亚基表达量上升, 并且在凝胶上检测到
多个点是同一蛋白。与本试验的结果相似, 在低温
胁迫下,水稻叶片中有 19 个蛋白点被鉴定为 Rubi

sco 大亚基的降解片段 [ 11]。
Rubisco 活化酶前体 ( Spot 4)和 PEP 羧化酶
( Spo t 8)在低温胁迫下相对丰度表现为先( 24 h)增
强后( 48 h)下调,说明低温处理早期,这 2种蛋白的
增强表达一定程度上可弥补 Rubisco 降解对光合作
用造成的不利影响,但继续低温胁迫则不利光合作
用的进行; 在高温胁迫中, Rubisco 活化酶前体在
24 h 和 48 h 2个时间点上均增强表达,说明高温胁
迫促进该蛋白的合成, 能弥补高温胁迫下 Rubisco
降解对光合作用造成的不利影响。这可能是沟叶结
缕草在高温下的光合适应机制之一。
3. 2. 2
呼吸代谢酶的响应
细胞色素 C( Spot 1)、
依赖 NADP 的苹果酸脱氢酶( Spot 29)和甘油醛
3

磷酸脱氢酶( Spot 35) 3个蛋白质相对丰度在低温胁
迫时先( 24 h )上调后 ( 48 h) 下调, 说明低温胁迫
24 h 加强了呼吸代谢过程,放出的热量有利于抵御
寒冷,但继续低温胁迫( 48 h)则呼吸代谢关键酶活
性下降,能量代谢随之减弱,说明经较长时间的低温
胁迫后,线粒体发生膜脂相变, 氧化磷酸化解偶联,
有氧呼吸受抑,能量释放减少,不利植物生长。在高
温处理下,细胞色素 C、推定的依赖 NADP 苹果酸
脱氢酶、丙酮酸脱氢酶 ( Spo t 33) 和 AT P 合成酶
( Spot 32)这 4个蛋白质的相对丰度在胁迫 24 h和
48 h 2个时间点上均增高,说明高温下加强了能量
代谢,保证了逆境下植物生长的能量需求,这也可能
是沟叶结缕草耐高温的又一原因。
3. 2. 3
次生物质代谢有关酶的应答
植物异黄酮
是一类具有增强植物抗病、诱导根瘤形成的植物活
性次生代谢产物,其合成关键酶是异黄酮合酶[ 14]。
该蛋白在高温胁迫的 2 个时间点上均发生增强表
达,但其相对丰度在低温胁迫 24 h时间点上只略有
上调,在低温胁迫 48 h 时间点上却明显下调。说明
沟叶结缕草在高温胁迫下加强了次生代谢作用, 这
可能是沟叶结缕草高温胁迫下加强自我保护的机制
之一。
3. 3
抗性相关蛋白对高低温胁迫的响应
3. 3. 1
抗病蛋白的应答
在本研究的高温胁迫试
验中鉴定出了与植物抗病有关的蛋白即类似 NBS

LRR抗病蛋白( Spot 19) , 在高温胁迫 48 h 时间点
发生增强表达,这不仅提高了沟叶结缕草的抗高温
胁迫能力,同时也加强了高温胁迫下的信号识别作
用。但在低温处理下却没有鉴定到抗病蛋白。前人
研究报道,抗病蛋白是植物在病理或病理相关的环
境下如病原物的侵染或某些物理化学因子刺激、胁
迫产生的一类诱导蛋白, 是植物防卫体系的重要组
成部分。对于提高植物响应环境胁迫识别,增强抗
逆性有重要作用。
3. 3. 2
抗氧化酶类对高低温胁迫的响应
本研究
结果显示,在高温和低温胁迫下,均鉴定到了过氧化
氢酶( Spot 28)和推定的谷胱甘肽硫转移酶( Spot
15)。据报道, 这 2种酶主要参与细胞内活性氧清
除、解毒体内有害物质和起防御作用 [ 15, 16]。以上 2
个蛋白质相对丰度在高温胁迫 24 h和 48 h 以及低
温胁迫 24 h 3个时间点均大幅度上调,说明在高低
温胁迫下沟叶结缕草体内均提高了清除活性氧的能
力,加强了抗氧化防御作用,黄锦文等 [ 4]对沟叶结缕
草高温胁迫的生理研究也证实了这一结论。但在低
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草
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温胁迫 48 h时间点上其相对丰度比 24 h时间点上
却下调,说明在低温胁迫下随着时间的延长而减弱,
这可能是沟叶结缕草耐高温不耐低温的重要原因。
Hashimoto 等[ 17]利用蛋白质组学手段研究了冷胁
迫下水稻的蛋白质表达变化, 结果也表明在冷胁迫
下,水稻叶片中与能量代谢有关的蛋白质表现上调,
与防御反应有关的蛋白表现下调, 同时,在长期冷胁
迫下,防御相关蛋白则消失。
3. 3. 3
热激蛋白对高低温胁迫的响应
本试验在
高温和低温处理中, 均鉴定到了热激蛋白( HSP) ,包
括推定的热激蛋白( Spot 21)和热激蛋白 70B( Spot
22) , 它们在高低温胁迫下均发生了增强表达。前人
的研究也表明多数生物对外界环境温度升高最明显
的反应是热激蛋白的表达, 抑制体内原有的大部分
的 mRNA 和蛋白质的合成。Lee等 [ 9] 研究指出植
物以复杂的方式对热胁迫产生应答,而 HSP 在复杂
的细胞网络中起到主导作用。Hashimoto 等[ 17] 研
究还发现植物耐高温遗传变异与 HSP 的多态性有关。
3. 4
蛋白质合成与降解相关蛋白对高低温胁迫的
响应
沟叶结缕草在高温处理后,鉴定出了小核糖体
蛋白 4( Spot 20) , 在高温胁迫下随着处理时间的延
长发生了持续增强的表达。但在低温处理下, 不但
没有鉴定到蛋白质合成有关的核糖体蛋白反而鉴定
出了与蛋白质降解有关的肽酶( Spot 7) , 在低温胁
迫下发生了增强表达,可见 40
高温胁迫能促进沟
叶结缕草体内相关蛋白质的合成, 但 5
的低温胁
迫却导致其体内相关蛋白质的降解,这可能是沟叶
结缕草耐高温不耐低温的又一原因。
本试验低温处理中还鉴定到了类似亲环素蛋白
( Spo t 3)。Nuc K 等[ 18] 研究表明,黄花羽扇豆( L u

p inus luteus Linn. )亲环素在受伤、热激、高盐和低
温胁迫下积累, 亲环素被各种生物和非生物条件诱
导表达。本试验低温处理中鉴定到的类似亲环素蛋
白在低温 24 h 时间点上发生增强表达, 但在 48 h
时间点上却下调。说明在低温胁迫前期, 该蛋白增
强表达,加速了体内蛋白质折叠和转运,一定程度上
提高了植物体的抗逆性, 但随着低温胁迫时间的延
长( 48 h) ,该蛋白表达减弱,不利植物的抗逆性。
3. 5
细胞转运及胚胎发育相关蛋白对高低温胁迫
的响应
在高低温处理试验中, 均鉴定到了与细胞转运
能力相关的推定的驱动蛋白( Spo t 2)。本试验结果
表明,推定的驱动蛋白在低温胁迫下相对丰度下调,
且随着时间的延长下调幅度增大, 在高温胁迫 24 h
和 48 h 2 个时间点上, 该蛋白的丰度都只略有下
调。驱动蛋白能够催化 AT P 水解为 ADP, 将储存
在 AT P 中的化学能高效地转化为机械能, 产生定
向运动,将细胞器和细胞内各种物质沿着细胞骨架
从合成部位快速、有效地运输到功能部位[ 19] 。本研
究结果发现,在低温胁迫下对驱动蛋白的破坏大于
高温胁迫,从而使得沟叶结缕草在低温下细胞转运
能力降低,不利植物体生长,进而降低其抗逆性。
本试验中, ZLL/ PNH 同源蛋白( Spot 31)相对
丰度在高低温胁迫下均表现为下调, 且均随着时间
的延长, 下调幅度增大。前人研究报道, 在拟南芥
( A r abid op sis thal iana )胚胎发生中, AGO( ARGO

NAU TE)家族蛋白 ZLL 对建立稳定的茎尖干细胞
群非常关键。在 ZLL 突变体中,种子萌发后不久茎
尖分生区就进行终端分化,只产生一个或少数几个
花器官[ 20] 。由此说明,高低温均不利沟叶结缕草主
茎分生组织的发育, 不利于维持主茎的正常生理机
能,这也可能是沟叶结缕草适应性响应的结果。
4
结论
沟叶结缕草在高低温胁迫后, 体内均加强了信
号相关蛋白的表达,启动了防御反应机制,加强了代
谢过程, 以适应环境的变化。但高温胁迫下抗氧化
酶类表达是随着处理时间的延长而加强, 而低温胁
迫下其表达则随着时间的延长而减弱,此外,高温胁
迫下还加强了抗病蛋白、次生物质代谢相关的酶以
及蛋白质合成有关蛋白的表达, 低温胁迫下这些蛋
白没有加强表达, 反而是与蛋白质降解有关的酶得
到加强表达。因而, 沟叶结缕草在温度逆境胁迫时
表现出相对的耐高温而不耐低温。
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