全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(7): 1232−1239 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由中国烟草总公司重点项目(110201002006)资助。
第一作者联系方式: E-mail: qijm863@163.com, Tel: 0591-87644898 ** 同等贡献(Contributed equally to the work)
Received(收稿日期): 2011-11-17; Accepted(接受日期): 2012-02-22; Published online(网络出版日期): 2012-04-06.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20120406.0946.003.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.01232
烟草细胞质雄性不育系及其保持系的花蕾差异蛋白质分析
祁建民 1,** 马红勃 1,2,** 徐建堂 1 陈美霞 1,3 周东新 4 王 涛 5 陈顺辉 6
1 福建农林大学生命科学学院 / 作物遗传育种与综合利用教育部重点实验室, 福建福州 350002; 2 南京农业大学作物遗传与种质创
新国家重点实验室, 江苏南京 210095; 3 宁德师范学院生物工程系, 福建宁德 352100; 4 福建省龙岩市烟草科学研究所, 福建龙岩
364000; 5 福建省南平市烟草公司, 福建南平 353200; 6 福建省福州市烟草科学研究所, 福建福州 350003
摘 要: 为探讨烟草雄性不育的分子遗传机制, 对烟草细胞质雄性不育系和保持系进行差异蛋白质组学研究。采用
固相 pH梯度 SDS-PAGE双向电泳, 对烟草细胞质雄性不育系 MSK326及其保持系 K326雄蕊原基分化期、四分体时
期及单核时期花蕾蛋白质进行分离, 经考马斯亮蓝染色, 获得了分辨率和重复性较好的双向电泳图谱。使用 PDQuest
软件分析蛋白质图谱, 利用基质辅助激光解吸电离飞行时间串联质谱分析, 然后用 Mascot 软件对 NCBInr 数据库搜
索。在分子量 14.4~97.6 kD、等电点 4~7线性范围内, 检测到 365个蛋白点, 其中 7个蛋白质点在保持系中出现, 在
不育系中缺失, 被鉴定为核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶、多酚氧化酶、Patatin homolog蛋白、PSI 9 kD蛋白 4类
蛋白, 推测不育系 MSK326 雄性不育性可能与营养代谢紊乱、间接抑制雄性器官发育、养分供给不足、免疫能力低
和能量转移受到抑制等有关。
关键词: 烟草; 细胞质雄性不育; 花蕾; 差异蛋白质; 双向凝胶电泳
Proteomic Analysis of Bud Differentiation between Cytoplasmic Male-Sterile
Line and Maintainer in Tobacco
QI Jian-Min1,**, MA Hong-Bo1,2,**, XU Jian-Tang1, CHEN Mei-Xia1,3, ZHOU Dong-Xin4, WANG Tao5, and
CHEN Shun-Hui6
1 Key Laboratory of Ministry of Education for Genetics, Breeding and Multiple Utilization of Crops / School of Life Sciences, Fujian Agriculture and
Forestry University, Fuzhou 350002, China; 2 National Key Laboratory of Crop Genetics and Germplasm Enhancement, Nanjing Agricultural Univer-
sity, Nanjing 210095, China; 3 Department of Biological Engineering, Ningde Normal University, Ningde 352100, China; 4 Longyan Tobacco Branch
Company, Longyan 364000, China; 5 Nanping Tobacco Company, Nanping 353200 China; 6 Fuzhou Institute of Tobacco Science of Fujian Province,
Fuzhou 350003, China
Abstract: To explore the molecular genetic mechanisms of cytoplasmic male sterility (CMS) in tobacco, we studied the differen-
tial proteins between the CMS line and its maintainer. Immobilized pH gradient two-dimensional gel electrophoresis (2-DE) tech-
nique was used to separate the protein spots while gels were stained with the Coomassie Blue G-250. The difference between
protein maps of bud from cytoplasmic male-sterile line MSK326 and maintainer line K326 was analyzed with PDQuest image
software. Matrix-assisted laser-adsorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) technique was used to
obtain the peptide mass of differentially expressed protein spots. The Mascot software was used to search the protein database
NCBInr to identify those spots interested. A total of 365 protein spots were detected within Mr 14.4–97.6 kD and pH 4–7. Seven
protein spots appeared in the protein map of maintainer line K326 but absent in that of CMS line MSK326, which were identified
as ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, polyphenol oxidase, patatin homolog, and PSI 9 kD protein. It was inferred
that the male sterility of MSK326 might be related to energy metabolism turbulence, abnormality in male organ development,
deficient nutrition supply and immunity, and inhibition of energy transfer.
Keywords: Tobacco; Cytoplasmic male sterility; Bud; Differential protein; 2-DE
烟草是人类最早从其认识杂种优势的植物之一,
早在 18世纪中叶, 法国科学家科尔鲁特发现了烟草
杂种优势现象。但利用大约一个世纪之后, 产量优
势与烟叶品质的矛盾, 使烟草杂种优势利用成为一
第 7期 祁建民等: 烟草细胞质雄性不育系及其保持系的花蕾差异蛋白质分析 1233


个十分复杂的遗传学问题。由基因引起的雄性不育
是杂种优势利用的重要途径, 目前烟草利用的主要
是质核互作型雄性不育, 是受基因主导并交换基因
互作控制的, 是可以稳定遗传的雄性不育性。如 East
1932 年在烟草种间杂交中发现雄性不育植株。
Ciator、Burk 又先后从一系列种间杂交中获得来自
N. debneyi、N. megalosiphon、N. suareolens、N.
bigelovii细胞质的普通烟草(N. tabacum)的雄性不育
系, 已有研究表明选择来自 N. suaveolens 的雄性不
育细胞质(CMS)较好[1]。植物细胞质雄性不育是一种
以细胞质遗传为特征的不育现象, 也是植物最普遍
存在的一种不育现象。CMS 作为杂交育种母本, 首
先在玉米中应用, 水稻在生产上应用已有近半个世
纪的历史, 通过不育系、保持系、恢复系的“三系配
套”, 早已为农业生产者所利用。我国利用雄性不育
“三系”培育的杂交水稻、杂交油菜等居世界领先水
平 [2], 为解释玉米细胞质雄性不育机制 , 曾提出了
“三型学说”, 认为 CMS受细胞质因子和 1对核隐性
等位基因共同控制 , 即 (S)rfrf 表现为不育 , 而
(N)rfrf、(S)RfRf都表现为可育。这一学说是水稻“三
系配套”成功的理论基础[3]。1976 年 Chen 便研究了
叶绿体 DNA(tDNA)与 CMS 的关系, 在对烟草、甜
菜、萝卜 CMS(ctDNA)材料研究之后, 发现了叶绿体
基因组的变异 , 认为在某些植物中 CMS 可能与
ctDNA有关, 然而更多研究却发现 ctDNA具有相对
保守型[4]。与此相反, 线粒体 DNA (mtDNA)则具有
较大的差异性和异质性, 特别是 Pring (1977)在玉米
CMS-S线粒体中发现 2个独立于线粒体分子的DNA
小分子, 称为质粒状 DNA S1、S2, 它们在正常可育
线粒体中不存在。张学文等[5]对 Bt 型水稻 CMS 的
研究发现一种特异性较大的 dsRNA分子出现在线粒
体、核酸电泳图谱中, 而且证实这一分子并非线粒
体内成分, 而是以某种颗粒形式存在于胞质中。但
烟草杂种优势利用的基础科学研究仍然比较滞后 ,
迄今国内外转育成的烤烟细胞质雄性不育系大多来
源于香甜烟草的细胞质, 其实用价值大, 并被广泛
转育到烟属各种烟草类型中。久保友明及我国佟道
儒等于 1980年代初利用 N. suaveolens胞质雄性不育
系配制的 F1对烟草经济性状无不良影响, 可作为母
本生产 F1种子, 并成功育成了 MSV115、MS 金星
6007、MS 革新 1 号、MSG28 等, 平均杂种优势可
达 20%左右。美国的白肋烟、烤烟, 日本的晒烟、
烤烟及我国近年的烤烟大多数雄性不育系的胞质如
MSK326等都来源于该种[1]。虽然杂种优势的遗传理
论已从现象、性状描述发展到生理、遗传、分子生
物学等多学科交叉研究, 但解释生物界出现杂种优
势这一现象的遗传理论并未取得重大进展。因此进
一步从分子生物学和蛋白质组学上加强对细胞质雄
性不育机制的研究, 不仅有助于对核质互作及小孢
子发育和成花机制的深入了解, 而且对一系列重大
的发育生物学问题也有着推动作用[6]。为揭示烟草
雄性不育的原因, 人们从不同的方面对其花器官细
胞形态学及其生理生化特性进行了研究, 取得了一
定的进展, 但是在烟草 CMS蛋白质组学上的研究却
相对滞后。蛋白质是基因表达的最终产物, 也是基
因调控代谢过程的作用形式, 蛋白质在不同的环境
和生理状态下的动态变化联系着基因的多样性和表
型的多样性, 具有独特的意义。在某一特定组织或
发育的某一阶段中蛋白表达的功能分析是理解生物
学过程的关键步骤。从蛋白质组学角度探讨细胞质
雄性不育的机制, 找到与细胞质雄性不育相关的蛋
白质, 从而找到相应的基因。目前国内外学者对水
稻[7]、辣椒[8]、大豆[9]、小麦[10]、向日葵[11]和玉米[12-13]
等雄性不育蛋白质组学均进行了大量研究, 并且找
到一些可能与不育相关的特异蛋白。本文对烤烟品
种 K326 及其雄性不育系 MSK326 花蕾差异蛋白进
行固相 pH梯度 SDS-PAGE双向电泳分离, 经考马斯
亮蓝染色, 找到了部分差异表达蛋白质, 并对其中
的部分蛋白质点进行MALDI-TOF/MS分析鉴定, 取
得了初步的结果。为进一步开展细胞质雄性不育烟
草不育的分子机制奠定了基础, 该研究结果对烟草
遗传学和育种学均有一定科学意义和实际应用价值。
1 材料与方法
1.1 试验材料
为烟草雄性不育系 MSK326 及其保持系 K326,
MSK326 属于核质互作型雄性不育系, 胞质来源于
N. suaveolens, 其不育性状是用K326与MSG28连续
多代饱和回交转育而成。采用土床育苗法温室内育
苗, 50 d后移栽至大田, 于盛花期取上述材料不同大
小的花蕾, 立即带回室内, 在弱光下按可育雄蕊花
药发育时期对应的花蕾分成小蕾、中蕾和大蕾 3组[14],
每组取 3~5 g。小花蕾长度在 2 mm以下, 中花蕾长
度为 3~5 mm, 大花蕾长度为 5~7 mm, 镜检小中大
花蕾保持系花药及小孢子发育阶段分别为雄蕊原基
分化期、四分体时期和单核时期。取样后液氮速冻,
1234 作 物 学 报 第 38卷

–80℃冰箱保存备用。
1.2 烟草花蕾蛋白质的提取
采用本单位植物蛋白质组学重点实验室改良的
TCA-丙酮沉淀法[15]。用适量液氮预冷研钵, 取 1.0 g
烟草花蕾, 加液氮充分研磨成粉末, 加入适量–20℃
预冷的 TCA-丙酮试剂研磨至匀浆, 转入 10 mL离心
管, 加入 4 倍体积的 TCA-丙酮试剂, 涡旋振荡后置
–20℃条件下过夜。4℃, 25 000 ×g离心 15 min, 弃上
清液; 以含 0.07% β-Me的预冷丙酮溶液重悬浮沉淀,
–20℃静置 2 h, 4℃, 25 000×g离心 30 min, 弃上清液,
重复同样操作 3次。将沉淀置于–20℃至丙酮挥发干
净, 然后分装至 1 mL Eppendof管中, –80℃保存备用。
1.3 样品处理及蛋白质含量测定
准确称取蛋白干粉 25 mg于 1.5 mL离心管中,
加入 300~500 µL裂解液[7 moL L–1尿素、2 moL L–1
硫脲、4% (W/V) CHAPS、2% (V/V)两性电解质载体],
先加 100~200 µL左右, 用小棒研磨后, 再逐次加入
余量裂解液, 冲洗小棒; 然后振荡 1 min 左右, 于
35℃水浴 2.5 h, 25 000×g离心 15 min, 取上清液作
为实验备用。参照 Bradford法[16]测定样品中蛋白质
浓度, 标准蛋白为牛血清白蛋白(BSA)。
1.4 双向凝胶电泳及染色
依据定量结果取适量上清液, 加水化液[7 moL L–1
尿素、2 moL L–1硫脲、2% (W/V) CHAPS、0.5% (V/V)
IPG buffer]至终体积为 0.45 mL, 振荡片刻, 18 000×
g离心 5 min除杂质, 取上清液用于上样。选用 24 cm
长 pH 4~7的 IPG预制干胶条, 向 IPG胶条槽中加入
0.45 mL溶有样品的水化液后, 再将 IPG胶条去掉保
护膜 , 胶面向下放入胶条槽中 , 酸性端对应正极 ,
碱性端对应负极; 慢慢抬高或放低胶条, 除去胶面
与泡胀液间的气泡, 然后滴加 0.8~0.9 mL 覆盖油,
盖上胶条槽盖子。在 Ettan-IPG等电聚焦仪(IPGphor)
上, 以水化和聚焦的温度为 20℃, 24 cm线性 IPG胶
条在 30 V电压下水化 12 h后, 经过 200 V 1 h、500
V 1 h、1 000 V 1 h、预 8 000 V 0.5 h后, 在 8 000 V
稳定电压下进行 5 h等电聚焦, 用镊子迅速取出 IPG
胶条(夹住负极端), 在滤纸上放置片刻 , 以正极端
(即酸性端)向下, 负极端(即碱性端)向上放入平衡管
中, 以平衡 I [50 mmoL L–1 Tris-HCl pH 8.8、尿素 6
moL L–1、30% (V/V)甘油、2% (W/V) SDS、少量溴酚
蓝](15 mL)和平衡 II [50 mmoL L–1 Tris-HCl pH 8.8、
尿素 6 moL L–1、30% (V/V)甘油、2% (W/V) SDS、少
量溴酚蓝] (15 mL)分别平衡 15 min (使用前平衡液 I
和 II分别加入 DTT 15 mg mL−1和碘乙酰胺 25 mg
mL−1)。取出胶条后用滤纸小心吸去残余平衡液, 用
电极缓冲液润洗 1 s, 转移至第二向 SDS-PAGE胶上,
分离胶浓度为 13%。
电泳结束后, 剥下胶板, 采用考马斯亮蓝染色
法, 于室温摇床摇动染色 2 h, 随后经脱色液脱色处
理至背景变浅, 蛋白点清晰可见为止。其间更换脱
色液数次。
1.5 凝胶扫描及 PDQuest软件分析
脱色后的凝胶经蒸馏水冲洗 3 次 , 用 Image
Scanner电泳扫描仪扫描, 设置分辨率为 300 dpi (或
600 dpi)、24位全彩, 保存图像, 利用 PDQuest7.1.1
软件(Bio-Rad 公司 , 美国)对凝胶图谱进行背景扣
除、标准化、点探测、匹配。
1.6 质谱分析
1.6.1 蛋白质点胶内酶解及肽段提取 将蛋白质
点沿其边缘切割下来, 放入 0.5 mL Eppendorf管中。
加入 50%乙腈 (50 mmoL L–1 碳酸氢铵溶液配制 )
100 µL, 振荡脱色 20 min 后, 移去其中的溶液, 重
复 2次直至胶粒呈无色。加入 100%乙腈 100 µL, 10
min 后移去其中的乙腈, 然后放入 37℃烘箱中 5~10
min 以确保完全干胶。加入 12.5 ng µL–1的 Trypsin
酶溶液 5~10 µL, 4℃冰箱中约 30 min, 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;
加入 50%乙腈 60 µL和 0.1% TFA, 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 N2流下吹干浓缩, 以备用于质谱鉴定。
1.6.2 MALDI-TOF-TOF/MS (基质辅助激光解吸电
离飞行时间串联质谱)分析 委托复旦大学生物
医学研究院蛋白质组学研究中心分析。将完全干燥
的肽段重新溶解于 0.5 g L–1 CHCA 溶液(用 0.1%
TFA和 50% CAN配制) 0.7 µL中, 全部点到不锈钢
MALDI靶板上, 室温下自然干燥。用 4700串联飞行
时间质谱仪[4700 Proteomics Analyzer (TOF/TOFTM)
(Applied Biosystems, USA)]进行质谱分析样品, 激
光源为 355 nm波长的Nd: YAG激光器, 加速电压为
20 kV, 采用正离子模式和自动获取数据的模式采
集数据。PMF质量扫描范围为 700~3 500 Da, 以强
度最大的 5 个峰进行串级质谱分析; 用 Myoglobin
酶解肽段进行外标校正图谱。
1.6.3 数据库搜索及蛋白质鉴定 用 GPS (Ap-
plied Biosystems, USA)-MASCOT (Matrix Science,
London, UK)进行数据库检索, 确定蛋白质。设置数
第 7期 祁建民等: 烟草细胞质雄性不育系及其保持系的花蕾差异蛋白质分析 1235


据库为 NCBInr; 检索种属为 all; 数据检索方式为
combined; 最大允许漏切位点为 1; 酶为胰蛋白酶。
质量误差范围设置为 PMF 0.3 Da, MS/MS 0.4 Da;
在数据库检索时手工剔除胰酶自降解峰和污染物质
的峰。
2 结果与分析
2.1 不育系MSK326与其同型保持系 K326的花
蕾蛋白质图谱比较
双向凝胶电泳图像质量是比较差异样品的关键,
首先要确保样品制备过程技术控制及实验过程中所
应用的药品及仪器参数的准确性。为了确定烟草花
蕾蛋白的分布范围 , 本研究先采用 pH 3~10 线性
IPG 胶条对其分离, 通过严格的操作程序, 以得到
清晰度较高的 2-DE图谱, 使用 PDQuest软件分析蛋
白图谱, 在等电点 3~10 线性范围内, 检测到约 285
个蛋白点, 主要分布在 pH 4~7范围内, 有些蛋白点
相互覆盖, 不利于匹配分析和进一步的质谱鉴定。
因此, 再利用 pH 4~7的线性 IPG胶条进行蛋白质的
分离分析, 经考马斯亮蓝染色, 可辨别出蛋白质斑
点 365 个, 蛋白质相对分子量主要分布在 14.4~97.6
kD之间; 等电点(pI)主要分布在 4.0~7.0之间。
通过 PDQuest 2D胶软件分析, 在不育与可育的
花蕾蛋白质图谱上共找到具有明显差异(含量差值
大于 2倍)的蛋白质点 9个(图 1), 其中 7个(Spot 2、
Spot 4~Spot 9)在保持系 K326 中出现而在不育系
MSK326中缺失(Spot 2、Spot 4从小花蕾到大花蕾时
期蛋白表达量下调, Spot 6表达量则上调, Spot 5、
Spot 7、Spot 8和 Spot 9的表达量在 3个时期没有变
化), 1个(Spot 1)在保持系 K326中出现, 而在不育系
MSK326中只在小花蕾时期出现, 另有 1个(Spot 3)
的表达量在保持系 K326 的小到大花蕾时期表现下
调, 而在不育系中表达量没有变化。Spot 6在保持系
K326的小到大花蕾时期表达量变化如图 2所示。这
些差异蛋白均可能与烟草细胞质雄性不育有关。
2.2 差异表达蛋白的基质辅助激光解吸电离飞
行时间串联质谱(MALDI-TOF-TOF/MS)分析
烟草不育系 MSK326 与其同型保持系 K326
的花蕾的 9个差异表达蛋白质点经胶内酶解后进行
MALDI-TOF-TOF MS 质谱分析, 得到肽质量指纹
图谱和二级质谱图, 通过 SEQUEST 软件在 NCBI-
eurosids_II.fasta 的冗余蛋白质数据库搜索, 初步鉴
定出 7 个蛋白质(表 1), 它们是核酮糖-1,5-二磷酸羧
化酶/加氧酶(Rubisco)或其大小亚基(3个)、多酚氧化
酶(2个)、Patatin homolog蛋白(1个)和 PSI 9 kD蛋
白(1个), 而蛋白质点 1和 8可能由于蛋白量太少或
是数据库太小而未成功鉴定。图 3 和图 4 分别是烟
草不育系MSK326与保持系 K326花蕾差异蛋白点 6
的肽质量指纹图谱和 Spot 6 胰蛋白酶酶解后肽段
K.GIIPATVLSFLESQLQELDNNEDAR.L的 MS/ MS
质谱图。
3 讨论
3.1 核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)
Rubisco 是所有光合生物光合碳同化的关键酶,
也是植物体内含量最丰富的酶, 约占叶中可溶性蛋
白质总量的 30%~50%, 由 8个叶绿体编码的大亚基
(50~60 kD)和 8个细胞核编码的小亚基(12~18 kD)构
成, 活性部位位于大亚基上。
烟草雄性不育系在生长过程中的 Rubisco 降低,
可引起光合速率下降[17], 会影响糖类和蛋白质的合
成以及 ATP 释放, 使烟草生长缺乏营养摄取。一般
认为, 不育系中线粒体功能失调对细胞正常发育所
需的能量供应不足, 会导致花粉败育[17]。本实验鉴
定出 3个 Rubisco或其大、小亚基, 均在保持系 K326
中出现, 而在不育系 MSK326中缺失, 推测 Rubisco
在不育系中缺失, 影响发育过程中糖和蛋白质含量,
而糖和蛋白质代谢的失调与不育系花药中小孢子的
败育有关。花粉败育的同时, 营养代谢紊乱, 合成受
阻, 分解加剧, 影响雄性器官的发育, 最终导致不育。
3.2 多酚氧化酶(polyphenol oxidase)
多酚氧化酶(polyphenol oxidase, 简称 PPO)是一
类广泛分布于植物体中的一种铜结合酶, 在细胞质
中合成, 通过一定的方式转运至质体内而成为具酶
活性的形式 , 它能把多元酚类氧化酶氧化成邻醌
类。李杏普等[18]认为多酚氧化酶与胞质不育性有关,
分子机制尚不清楚。
PPO 还可以促进乙烯的生成, 而乙烯是公认的
杀雄剂, 抑制雄性器官的发育, 导致败育。本研究中
鉴定出 2个多酚氧化酶, 在雄性不育系中相对高于保
持系, 可以推测多酚氧化酶在烟草的生殖发育过程,
其过量表达与雄性不育有关。
3.3 Patatin homolog蛋白
在幼嫩的花器官中含有类似于 Patatin 的蛋白
质。与一般的贮藏蛋白不同, Patatin RNA能在烟草
叶茎中准确地加工和表达, 并具有酯酰水解酶(1ipid
1236 作 物 学 报 第 38卷



图 1 保持系 K326和不育系 MSK326的不同时期花蕾蛋白质 2-DE电泳图谱
Fig. 1 2-DE bud protein profiles of the maintainer K326 and the male-sterile line MSK326
B1~B3: K326雄蕊原基分化期、四分体时期和单核时期; M1~M3: MSK326雄蕊原基分化期、四分体时期和单核时期。
B1–B3: pistil primordium differentiation phase, tetrad stage, and monocyte stage in K326; M1–M3: stamen primordium differentiation phase,
tetrad stage, and monocyte stage in MSK326.



图 2 K326花蕾不同时期 Spot 6的表达放大图
Fig. 2 Enlargements of the expressed amount of Spot 6 in bud different periods
B1: 雄蕊原基分化期; B2: 四分体时期; B3: 单核时期。
B1: pistil primordium differentiation phase; B2: tetrad stage; B3: uninucleate stage in K326.
第 7期 祁建民等: 烟草细胞质雄性不育系及其保持系的花蕾差异蛋白质分析 1237




图 3 双向凝胶电泳图谱中 Spot 6的肽质量指纹图谱
Fig. 3 Peptides mass fingerprinting of protein Spot 6



图 4 Spot 6胰蛋白酶酶解后肽段 KGIIPATVLSFLESQLQELDNNEDARL的 MS/MS质谱图
Fig. 4 MS/MS spectra of the peptide KGIIPATVLSFLESQLQELDNNEDARL from Spot 6

表 1 差异表达蛋白的 NCBI数据库检索的鉴定结果
Table 1 Differentially expressed proteins identified by NCBI query
编号
No.
数据库登录号
Accession No.
蛋白描述
Protein description
分子量
Molecular
weight (Da)
等电点
pI
蛋白得分
Protein
score
匹配浓度
Sequence
coverage (%)
匹配到肽
的数目
Peptide count
2 gi|31580917 PSI 9 kD protein (Nicotiana sylvestris) 5077 7.88 80 37 2
3 gi|92919068 Polyphenol oxidase (Nicotiana tabacum) 57448 5.92 111 10 4
4 gi|515239 Chain A, Ribulose-1,5-bisphosphate
Carboxylase/oxygenase (Rubisco)
(E.C.4.1.1.39)
49526 6.19 272 19 9
5 gi|306481944 Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/
oxygenase large subunit (Nicotiana sp.
SH-2010)
50313 6.41 344 24 11
6 gi|1546815 Patatin homolog (Nicotiana tabacum) 28208 5.07 407 42 7
7 gi|92919068 Polyphenol oxidase (Nicotiana tabacum) 57448 5.92 423 39 19
9 gi|30421141
Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/
oxygenase small subunit
(Flaveria bidentis)
19638 9.07 176 41 6

acylhydrolase, LAH)的活性。截止目前所知, Patatin
的 LAH 活性可能有以下几个方面的作用: 高 LAH
活性有助于细胞膜的快速降解并释放出一些代谢物,
为幼芽的萌发提供氮源[19], 为生长发育提供物质能
量, 特别是在花粉母细胞减数分裂期, 可以防止终
断或减少向花粉传送养分物质, 从而又利于花粉粒
的发育和充实, 提高烟草植株的可育性。
此外, 在马铃薯的研究中指出, Patatin蛋白可能
1238 作 物 学 报 第 38卷

与块茎对病虫侵害或机械损伤的响应有关[20], 为植
物器官的正常生长提高免疫能力。由此推测, 在烟
草花蕾中的 Patatin蛋白也有利于花药的正常生长发
育。本实验鉴定出 1个 Patatin蛋白, 在保持系 K326
中出现而在不育系 MSK326 中缺失, 推测该蛋白在
烟草保持系中正常表达, 有利于雄性器官的发育及
必需养分物质的供给和免疫能力的表达, 而不育系
缺失此蛋白, 可能导致其雄性不育。
3.4 PS I 9 kD蛋白
在 PS I的光化学反应是长光波反应, 其主要特
征是 NADP+的还原。当 PSI 的反应中心色素分子
(P700)吸收光能而被激发后发生电荷分离, 把电子传
递给各种电子受体, 经 Fd (铁氧还蛋白), 在 NADP
还原酶的参与下, 把 NADP+还原成 NADPH, 并通
过光合磷酸化形成 ATP, 把电能转化为活跃的化学
能[21], 从而为烟草的各个器官提供了生长发育所需
要的能量, 同时也有利于花蕾和花药的正常发育。本
实验鉴定出 1个 PSI中的色素蛋白, 在保持系K326中
表达上调, 而在不育系 MSK326 中含量不变, 推测
该蛋白在烟草的光合作用中控制着生物体内能量在
分子间的转移方向, 不能为不育系雄蕊生长发育提
供足够的能量, 可能导致其雄性不育。
综上所述, 本研究利用双向电泳技术初步探讨
了烟草细胞质雄性不育的机制, 但该结果还有待进
一步研究和验证。本研究获得的部分差异表达蛋白
质信息, 今后仍需进一步分析其结构、功能以及蛋
白质之间在系统发育中的相互作用, 以探讨这些蛋
白质和细胞质雄性不育之间的作用机制。
4 结论
初步鉴定了 7 个与细胞质雄性不育有关的蛋白
质点, 分别为核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶、多
酚氧化酶、Patatin homolog蛋白、PSI 9 kD蛋白等 4
类蛋白, 推测不育系 MSK326 雄性不育性可能与营
养代谢紊乱、间接抑制雄性器官发育、养分供给及
免疫能力不足和能量转移受到抑制等有关, 初步为揭
示烟草雄性不育的分子机制奠定了一定的研究基础。
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