全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(4): 619−626 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

基金项目: 国家自然科学基金项目(30600385); 福建省重大科技项目(2004NZ01-4)
作者简介: 李兆伟(1982−), 硕士研究生, 主要从事作物生理与分子生态学研究。E-mail: lizw197@163.com
*
通讯作者(Corresponding author): 林文雄。E-mail: wenxiong181@163.com
Received(收稿日期): 2007-09-28; Accepted(接受日期): 2007-10-30.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.00619
水稻灌浆期叶鞘蛋白质差异表达分析
李兆伟 熊 君 李振方 齐晓辉 陈鸿飞 邵彩虹 王经源 梁义元
林文雄*
(福建农林大学农业生态研究所, 福建福州 350002)
摘 要: 为研究叶鞘在籽粒灌浆期间代谢的分子机理, 应用差异蛋白质组学方法分析了大穗型水稻“金恢 809”在籽
粒灌浆不同时期, 叶鞘的蛋白质组变化趋势, 共检测到 23个差异蛋白质点, 其中 11个得到鉴定, 并按其表达丰度的
变化分为 6类。第 1类, 随着灌浆进程表达量逐渐降低, 如 α-亚基草酰乙酸脱羧酶; 第 2类, 表达量先升后降, 如二
磷酸核酮糖羧化酶小链和 ADP-核糖基化因子１; 第 3类, 表达量先降后升再降低, 如生长素响应因子、锌指-C3HC4
型家族蛋白、液泡 H+-ATP酶和二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶; 第 4类, 表达量先升后降再升又降, 如核酮糖 α
亚基结合蛋白; 第 5类, 表达量先降后升, 如金属硫蛋白 II相似蛋白-1A 牻 牻和 牛儿基 牛儿基二磷酸合酶; 第 6类, 表
达量逐渐升高, 如蛋白激酶家族蛋白。这 6 类蛋白分别参与叶鞘光合作用、激素调节、物质转运、植株衰老的抗性
反应以及细胞信号转导, 共同调控叶鞘的源、库、流转化。
关键词: 水稻; 叶鞘; 蛋白质组; 籽粒灌浆
Analysis of Differential Expression of Proteins in Rice Leaf Sheath during
Grain Filling
LI Zhao-Wei, XIONG Jun, LI Zhen-Fang, QI Xiao-Hui, CHEN Hong-Fei, SHAO Cai-Hong, WANG Jing-Yuan,
LIANG Yi-Yuan, and LIN Wen-Xiong*
(Institute of Agro-ecology, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian, China)
Abstract: To reveal the molecular mechanism of metabolism in rice leaf sheath, this study investigated differential expression of
proteins in rice leaf sheath of Jinhui 809 cultivar with large panicles and high setting percentage during grain filling by the method
of differential proteomics. Twenty-three proteins with obviously different abundance were detected, and eleven of them were
identified in function. Those functional proteins were classified into six categories according to their dynamic pattern of expres-
sion during grain filling. The first type showed down-regulation during grain filling, such as oxaloacetate decarboxylase alpha
subunit. And the second one showed up-regulation at first and then down-regulation, such as ribulose bisphosphate carboxylase
small chain and ADP-ribosylation factor 1. The third one was that down-regulated first, and then up and down regulated alterna-
tively, such as auxin response factor, zinc finger, C3HC4 type family protein, vacuolar proton-ATPase, ribulose bisphosphate car-
boxylase/oxygenase activase. The forth type included rubisco binding-protein alpha subunit, showing an expression pattern of up
and down regulation alternatively twice during grain filling. The fifth type performed a decreasing at first and then gradually in-
creasing expression pattern , such as class II metallothionein-like protein 1A and geranylgeranyl diphosphate synthase. The sixth
type was protein kinase family protein performing a gradually increasing expression pattern. These six different types of proteins
involve in photosynthesis, hormone regulation, substance transportation, resistance response to plant senescence and cell signal
diversion in leaf sheath respectively. They regulate the mechanism of sink to source transition together.
Keywords: Rice (Oryza sativa L. ssp. indica); Leaf sheath; Proteome; Grain filling
620 作 物 学 报 第 34卷

籽粒灌浆是水稻产量形成的一个关键动力学过
程。水稻产量除依赖于籽粒本身合成的物质外, 更
重要的是取决于两部分碳水化合物的量, 即籽粒灌
浆期间叶片的光合产物和抽穗前后累积于叶鞘和茎
秆的非结构性碳水化合物 (non-structural carbohy-
drate, NSC)。茎鞘中的 NSC是植物应对气候条件波
动等影响 , 用于支持籽粒正常发育灌浆的缓冲物
质 [1], 对灌浆早期胚乳细胞数目和活跃库容的形成
起到重要作用[2]。杨建昌等[3]研究表明, 抽穗前茎鞘
中储存的 NSC不仅是籽粒灌浆物质的组成部分, 还
可能起激发库活性、启动和促进籽粒灌浆的作用。
一般来说, NSC 对最终产量的贡献率约为 30%, 并
因品种和环境而异[4-7]。但也有研究发现, 一些新株
型稻和杂交稻抽穗前积累大量的NSC于叶鞘和茎秆
中, 生育后期不转运或少转运给籽粒从而导致灌浆
不饱满和产量降低的现象[2,8-13]。因此, 有必要深入
研究增加叶片光合作用产物以及叶鞘和茎秆中暂时
储存的 NSC向籽粒运输的分子机理。
目前, 水稻茎鞘的物质代谢研究主要集中在生
理指标和农艺性状方面。前人研究表明, 水稻叶鞘
比茎秆在暂时性淀粉储存中起着更重要的作用, 束
缚态淀粉颗粒(starch granule, SG)的淀粉合酶(starch
synthase, SS)活性与淀粉含量呈正相关, ADP葡萄糖
焦磷酸化酶 (ADP glucose pyrophosphorylase, AG-
Pase)、可溶性淀粉合酶(soluble starch synthase, SSS)
和分歧酶与淀粉积累相关[14]。也有报道认为叶鞘在
碳水化合物的存储过程中扮演着重要角色, 非结构
性碳水化合物主要在叶鞘中累积, SSS 被认为是影
响淀粉积累的关键酶。总之, 叶鞘的源库物质转运
涉及到一系列的信号转换以及物质合成、降解和转
移, 但其分子机理尚不清楚。
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[15]。目
前, 水稻蛋白质组学研究主要集中在叶、根、茎、
幼苗以及胚、胚乳和一些亚细胞结构组织中, 涉及
植株不同生育期的基因表达差异和不同环境因子条
件下的适应性反应[16-19]。而有关水稻籽粒灌浆期间,
叶鞘的基因表达差异方面的研究尚未见报道。本研
究应用蛋白质组学方法, 探讨大穗型水稻籽粒灌浆
不同时期叶鞘的蛋白质代谢机理及其对籽粒灌浆的
影响, 旨在揭示叶鞘物质代谢的分子机理, 丰富源
库理论。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本研究所选育的超大穗型水稻(Oryza sativa L.
subsp. indica)金恢 809 种子播在装有水稻土的苗盘
上, 2006年 4月初待幼苗生长到 5叶期时(播种后约
35 d), 移栽到福建农林大学农业生态研究所莆田实
验基地, 株、行距为 16 cm × 20 cm, 重复 4次。当
主茎的旗叶(第 16片叶)抽出后, 选取 30株长势一致
植株, 标记挂牌, 从开花至花后 35 d每隔第 7天, 于
16:00左右在各小区非边行处取 5株, 剪取其主茎旗
叶叶鞘, 置液氮中保存, 用于蛋白质的提取。
1.2 叶鞘蛋白质样品的制备
制备蛋白质样品按王经源等[20]的方法。测定蛋
白质含量按 Garrels[21]的方法。
1.3 二维聚丙烯酰胺凝胶电泳(2-DE)
参考王经源等[20]的方法。第一向等电聚焦(IEF)
胶条为 18 cm, 上样量为 150 μg。第二向聚丙烯酰胺
凝胶电泳(SDS-PAGE)的凝胶规格为 190 mm × 190
mm × 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 powerlook扫描仪扫描凝胶图像, 构建
蛋白质表达图谱; 借助 ImageMaster 5.0软件分析。
1.4 蛋白质点胶内酶解
参照 Peng等[22]的方法略作修改。取差异蛋白质
点, 在 1∶1的 0.03 mol L−1铁氰化钾和 0.1 mol L−1
硫代硫酸钠混合液中脱色; 57℃下用 DTT溶液还原
1 h, 碘乙酰胺溶液烷基化 1 h; 用 12.5 ng μL−1胰岛
素酶缓冲液 4℃下水化 30 min, 并在 37℃下, 0.05
mol L−1碳酸氢铵溶液中酶切 14 h。分别用 0.02 mol
L−1碳酸氢铵溶液、含 5%TFA的 50%乙氰、100%乙
氰萃取酶切产物。
1.5 MALDI-TOF/MS(基质辅助激光解吸电离飞
行时间质谱)分析
使用德国 BRUKER公司的 ReFlexTMш MALDI-
TOF 质谱仪。采用反射模式, 离子源加速电压 1 为
20 kV, 加速电压 2为 23 kV, N2激光波长 337 nm, 脉
冲宽度为 3 ns, 离子延迟提取 2 000 ns, 真空度
1.9×10−5 Pa, 质谱信号单次扫描累加 50 次, 并用标
准 Mark峰为外标校正质谱峰, 正离子谱检测。基质
为 HCCA (a-cyano-4-hydroxy-cinnamic acid)饱和液,
基质溶解液含 40%乙氰和 60%溶解有 0.1%TFA的双
第 4期 李兆伟等: 水稻灌浆期叶鞘蛋白质差异表达分析 621


蒸水。用 2 μL 0.5%TFA溶液溶解肽段, 按 1︰1将
样品溶液和基质溶液混合后点样, 自然干燥后进行
质谱分析。
2 结果与分析
2.1 籽粒灌浆不同时期叶鞘蛋白质图谱的构建
与差异比较
双向电泳图谱经 ImageMaster 5.0软件分析, 在
pI从 3.5到 9.5和MW从 14 kD到 116 kD的范围中,
手工除去杂点后共检出 2 295 个蛋白点, 平均每块
胶有 459个, 当差异达到 1.5倍时即认为具有显著性,
据此检测出 23 个蛋白点在灌浆不同时期表达量有
显著差异, 分别标记为 1~23(图 1)。

图 1 大穗型水稻金恢 809旗叶叶鞘的双向凝胶电泳图谱
Fig. 1 The 2-D image of rice leaf sheath in Jinhui 809 with large
panicles

2.2 大穗型水稻叶鞘在灌浆不同时期蛋白质差
异表达分析
通过Matrix Science网站(http://www. matrixscience.
com)提供的 MASCOT软件查询分析 23个差异蛋白
质的肽质量指纹图谱。查询条件对 pI和 MW未做要
求; 肽片段 MW 最大允许误差为 1.2 Da, 蛋白种属
选择水稻(Orayza sativa), 不完全裂解位点 1 个, 碘
乙酰胺处理, 分别在MSDB和 SwissProt数据库进行
查询, 对于水稻种属中相似性较低的蛋白质, 则选
择全部种类(All entries)查询。
23个差异蛋白质的鉴定结果表明, 有 12个为功
能未知蛋白, 包括 4个未知蛋白 1、11、13、21, 以
及 8 个假设蛋白 2、3、4、8、12、14、16、22; 11
个功能已知蛋白 5、6、7、9、10、15、17、18、19、
20、23, 其中参与叶鞘光合代谢的有 α-亚基草酰乙
酸脱羧酶(5)、二磷酸核酮糖羧化酶小链(9)、二磷酸
核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶(19)、核酮糖 α 亚基结
合蛋白(23), 牻 牻参与激素调节的有 牛儿基 牛儿基
二磷酸合酶(7)和生长素响应因子(15), 参与物质运
输的有 ADP-核糖基化因子 1(10)和液泡 H+-ATP 酶
(18), 另外金属硫蛋白 II相似蛋白-1A(6)与植物抗性
相关, 锌指-C3HC4 型家族蛋白(17)和蛋白激酶家族
蛋白 (20)参与叶鞘细胞的基因表达和蛋白质修饰
(表 1)。
对 11个功能已知的蛋白, 按其表达丰度变化可
分为 6类。
第 1 类, 随着灌浆进程表达量逐渐减少, 如 α-
亚基草酰乙酸脱羧酶(5)(图 2)。
第 2 类, 随着灌浆进程表达量先升后降, 如二
磷酸核酮糖羧化酶小链(9)和ADP-核糖基化因子 1(10)
(图 3)。
第 3 类, 表达量先降后升再降, 如生长素响应
因子(15)、锌指-C3HC4型家族蛋白(17)、液泡H+-ATP
酶 (18)和二磷酸核酮糖羧化酶 /加氧酶活化酶 (19)
(图 4)。
第 4类, 表达量呈两升两降过程, 如核酮糖 α亚
基结合蛋白(23)(图 5)。
第 5 类, 表达量先降后升, 如金属硫蛋白 II 相
似蛋白 -1A(6) 牻 牻和 牛儿基 牛儿基二磷酸合酶
(7)(图 6)。
第 6 类, 表达量逐渐升高, 如蛋白激酶家族蛋
白(20)(图 7)。
3 讨论
目前我国选育出许多大穗型水稻品种, 均显示
出很高的产量潜力 , 但普遍存在灌浆不饱满的问
题。叶鞘作为连接籽粒与叶片的通道, 在籽粒灌浆
过程中发挥着重要的生理功能。已有研究报道, 在
水稻抽穗前叶鞘作为临时性贮藏器官, 起到库(sink)
的生理作用, 抽穗后临时贮藏于叶鞘的淀粉向正在
灌浆的籽粒中转运, 这时叶鞘起到源(source)的生理
作用[6]。因此, 叶鞘常被作为研究禾谷类作物库源转
化(transition)的特殊器官[6]。然而, 至今未见控制这
一生理现象的分子机理报道, 本研究首次运用蛋白
质组学方法研究大穗型水稻叶鞘在灌浆期的库源转
化机理。
622 作 物 学 报 第 34卷

表 1 灌浆不同时期水稻叶鞘差异蛋白的 MALDI-TOF/MS分析结果
Table 1 Identification of proteins in rice sheath during grain-filling by MALDI-TOF/MS and database searching
序号
No.
登录号
Accession number
蛋白质名称
Protein name
理论等电点/
分子量
Theor. pI/MW
(kD)
实验等电点/
分子量
Exp. pI/MW
(kD)
覆盖率
Sequence
coverage
(%)
分数
Score
来源物种
Origin
光合代谢相关蛋白 Proteins related to photosynthesis metabolism
05 A1GHW1_9THEM α-亚基草酰乙酸脱羧酶
Oxaloacetate decarboxylase
alpha subunit
5.63/53.046 5.68/29 35 60 Thermotoga petrophila
RKU-1
09 RBS1_ORYSA 二磷酸核酮糖羧化酶小链
Ribulose bisphosphate carbox-
ylase small chain
9.04/19.634 6.18/18 33 35 Oryza sativa
19 RCA_ORYSA 二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶
活化酶
Ribulose bisphosphate
carboxylase/oxygenase activase
5.85/47.471 5.33/52 20 36 Oryza sativa
23 Q2QU06_ORYSA 核酮糖 α亚基结合蛋白
Rubisco binding-protein alpha
subunit
5.12/61.093 5.42/64 32 60 Oryza sativa (indica
cultivar-group)
激素调节蛋白 Proteins related to hormone regulation
15 Q68Y40_ORYSA 生长素响应因子
auxin response factor
8.30/65.543 5.23/67 22 46 Oryza sativa (japonica
cultivar-group)
07 Q7XI92_ORYSA 牻 牻牛儿基 牛儿基二磷酸合酶
geranylgeranyl diphosphate
synthase
5.48/38.630 5.00/33 26 41 Oryza sativa (japonica
cultivar-group)
物质转运相关蛋白 Proteins related to substance transportation
10 ARF1_ORYSA ADP-核糖基化因子１
ADP-ribosylation factor 1
6.43/20.668 6.37/22 46 32 Oryza sativa
18 Q651T8_ORYSA 液泡 H+-ATP酶
vacuolar H+-ATPase
5.20/68.426 5.95/70 36 78 Oryza sativa (japonica
cultivar-group)
植物抗性蛋白 Protein related to plant resistance
06 MT21A_ORYSA 金属硫蛋白 II相似蛋白-1A
Class II metallothionein-like
protein 1A
7.37/8.487 5.07/32 79 32 Oryza sativa
17 Q7XBX5_ORYSA 锌指-C3HC4 型家族蛋白
Zinc finger, C3HC4 type family
protein
8.46/21.274 5.53/89 43 48 Oryza sativa (japonica
cultivar-group)
20 Q2R9F3_ORYSA 蛋白激酶家族蛋白
Protein kinase family protein
5.88/60.161 6.52/26 25 48 Oryza sativa (japonica
cultivar-group)



图 2 蛋白质表达量逐渐减少
Fig. 2 The protein expression pattern of gradually decreasing
a、b、c、d和 e表示灌浆第 0、7、14、21和 28天。
a, b, c, d and e denote 0, 7th, 14th, 21st, and 28th day.

图 3 蛋白质表达量先升后降
Fig. 3 The protein expression pattern of increasing at first and
then gradually decreasing
a、b、c、d和 e表示灌浆第 0、7、14、21和 28天。
a, b, c, d, and e denote 0, 7th, 14th, 21st, and 28th day.
第 4期 李兆伟等: 水稻灌浆期叶鞘蛋白质差异表达分析 623



图 4 蛋白质表达量先降后升再降
Fig. 4 The protein expression pattern of falling first, and then rising and falling again
a、b、c、d和 e表示灌浆第 0、7、14、21和 28天。
a, b, c, d, and e denote 0, 7th, 14th, 21st, and 28th day.


图 5 蛋白质表达量先升后降再升又降
Fig. 5 The protein expression pattern with up and down regu-
lation alternatively twice
a、b、c、d和 e表示灌浆第 0、7、14、21和 28天。
a, b, c, d, and e denote 0, 7th, 14th, 21st, and 28th day.

图 6 蛋白质表达量先降后升
Fig. 6 The protein expression pattern of decreasing at first
and then gradually increasing
a、b、c、d和 e表示灌浆第 0、7、14、21和 28天。
a, b, c, d, and e denote 0, 7th, 14th, 21st, and 28th day.

本研究发现 4 个与光合作用代谢相关的蛋白在
灌浆过程产生了显著的变化, 分别为 α-亚基草酰乙
酸脱羧酶(Oxaloacetate decarboxylase alpha subunit)、

图 7 蛋白质表达量逐渐升高
Fig. 7 The increasing protein expression pattern
a、b、c、d和 e表示灌浆第 0、7、14、21和 28天。
a, b, c, d, and e denote 0, 7th, 14th, 21st, and 28th day.

二磷酸核酮糖羧化酶小链 (Ribulose bisphosphate
carboxylase small chain, RuBPCase small chain)、二磷
酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶(Rubisco activase)和
核酮糖 α-亚基结合蛋白 (Rubisco binding-protein
alpha subunit), 其中前 3 种蛋白质在灌浆初期含量
较高, 到灌浆后期(第 28天)含量降低。RuBPCase在
灌浆初期含量较高, 第 14 天时达到最高, 此后逐渐
降低; Rubisco activase在灌浆初期含量较高, 第 7天
时迅速降到最低, 随后又逐渐增加, 第 21 天时达到
最高; 而核酮糖 α 亚基结合蛋白在灌浆第 7 天和第
21天时含量较高, 第 14天时含量最低。可见, 叶鞘
在灌浆前期, 主要依靠 RuBPCase 和 α-亚基草酰乙
酸脱羧酶来调节光合物质的积累 ; 而在灌浆中期 ,
RuBPCase 和 α-亚基草酰乙酸脱羧酶的活性逐渐降
低, Rubisco activase和核酮糖 α亚基结合蛋白大量表
达, Rubisco activase可以活化二磷酸核酮糖羧化酶/
加氧酶, 从而继续进行光合同化并为其他代谢提供
中间产物。灌浆末期(第 28天), 叶鞘机体开始衰老,
Rubisco activase和核酮糖 α-亚基结合蛋白的含量逐
624 作 物 学 报 第 34卷

渐降低, 叶鞘的同化能力也随着减弱。说明灌浆前
中期 , 叶鞘合成同化物质的能力较强 , 具备源
(source)的生理功能——合成同化物质; 而灌浆末期,
叶鞘光合能力下降 , 合成的同化产物也相应减少 ,
则逐渐丧失同化能力。Shigenori 等 [23]用日本粳稻
Sasanishiki 为材料研究认为, 叶鞘在灌浆后第 10 天
干物质开始减少。本研究采用超大穗水稻品种, 相
比日本粳稻 Sasanishiki 而言, 叶鞘同化能力在灌浆
的末期才逐渐降低, 而其在灌浆前中期的同化产物
是籽粒充分灌浆的重要保障。
此外, 本研究检测到两个与激素代谢相关的蛋
白质在灌浆过程发生了显著的变化, 分别是生长素
响应因子(auxin response factor, ARF) 牻 牻和 牛儿基
牛儿基二磷酸合酶 (geranylgeranyl diphosphate
synthase, GGPP synthase)。前者能与生长素调控基因
启动子的生长素响应元件(AuxRE) TGTCTC序列特
异结合, 调节生长素反应基因的表达, 与生长素的
变化呈正相关[24-25]。本研究结果显示, ARF在灌浆开
始即达到最高峰, 第 7 天时略微下降, 在第 14 天时
达到第 2次高峰, 但表达量略低于第 1次, 而生长素
可以通过调节 ATPase 活性和有机养料的分配而影
响籽粒充实[26-28], 由此可见, ARF 的两次表达高峰
有利于拉动叶片及根系中的物质向叶鞘运输贮藏 ,
此时叶鞘充当库(sink)的生理功能。同时, 本研究小
组在同一水稻材料的籽粒中检测到生长素响应蛋
白 IAA6, 在灌浆第 7天和第 21天有 2次表达高峰,
由于该蛋白质可以调节生长素对叶鞘物质的拉动
作用, 所以叶鞘又执行源(source)的生理功能。另外,
牻 牻牛儿基 牛儿基二磷酸合酶可以催化赤霉素合
牻 牻成的前体物质 牛儿基 牛儿基二磷酸的生物合
成 [29], 本研究结果显示, 该酶在灌浆初期和后期都
较中期有所增强, 灌浆结束时表达量最高, 这与赤
霉素在水稻灌浆过程中的“开关”作用有关[30]。而且,
赤霉素在灌浆中期的低表达量有利于 ABA 对
H+-ATPase 的调节, 减少 H+穿过膜的运转动力, 增
加 H+/蔗糖的共运输(contransport), 从而促进同化
物向籽粒的转运 [30], 此时 , 叶鞘又起到流(flow)的
生理作用。
另外, 本研究检测到 2 个与物质运输的相关蛋白
质, 分别是 ADP-核糖基化因子 1 (ADP-ribosylation
factor 1, ARF-1)和液泡 H+-ATPase。其中, ARF-1从
灌浆初期到第 14 天时, 表达量一直较高, 第 7 天时
达到最高值, 在第 21 天时表达量开始下降, 直到灌
浆结束时降到最低。ARF-1 是一个 GTP 绑定蛋白,
可以促进高尔基体初生小泡的分泌, 在细胞物质运
输中起着重要作用[31-32]。液泡 H+-ATPase 在灌浆初
期表达量最高, 第 7 天时表达量降到最低, 此后则
逐渐上升, 直到第 21 天时达到顶峰, 在灌浆末期又
降低。液泡膜 H+-ATPase 作为液泡膜质子泵, 利用
ATP 水解酶释放的能量推动细胞质中 H+的输出和
K+的输入, 建立跨液泡膜的质子梯度, 有利于同化
物的运输[33], 因此该酶的两次表达高峰促进了质子
和蔗糖的协同运输, 这也进一步证实了上述赤霉素
相关蛋白质在叶鞘中的表达特性。
金属硫蛋白 II 相似蛋白-1A (Class II metal-
lothionein-like protein 1A, MT II-1A)在籽粒灌浆过
程也发生了明显的变化, 初期和后期 (从第 21 天到
第 28天) 表达量较高, 中期(第 14天)表达量相对较
低。水稻发育后期, 叶鞘氧化衰老开始, 其羧化酶活
性下降较快, 打破了组织的能量供需平衡, 使光合
碳循环消耗的 ATP 和 NADPH 减少, 叶绿体中电子
受体NADP+匮乏, 还原态 Fd将电子传递给 02, 形成
0-2, 自由基链反应产生的多种活性氧自由基如过氧
化氢、羟自由基和单线态氧能抑制 PS II电子传递链
的活性 [34]。MT II-1A 能清除自由基尤其是清除
⋅OH[35-36], 螯合衰老过程中释放的大量自由金属离
子, 限制活性氧的产生, 保护核 DNA 免受损害, 保
证衰老过程相关基因的正常表达[37]。
锌指-C3HC4型家族蛋白在整个灌浆期都有表达,
尤以灌浆第 21天表达量最高, 灌浆结束时表达量最
低 ; 蛋白激酶家族蛋白在灌浆过程表达量逐渐增
强。锌指蛋白在真核生物体内主要通过与 DNA特异
结合, 来调节基因的表达, 并可参与细胞内的信号
转导。蛋白激酶在细胞新陈代谢和信号转换进程中
也起着重要的作用, 植物体内许多参与新陈代谢的
酶的活性是由蛋白激酶的磷酸化作用来调节的[38]。
另外, 蛋白激酶能够响应不同的环境信号, 借助特
殊的磷酸化蛋白来调节不同的细胞进程[39]。
4 结论
检测到 23个蛋白质参与叶鞘的物质合成、分解
与转运, 保证籽粒灌浆结实的正常进行。灌浆初期,
叶鞘具备库(sink)的生理作用——接受叶片、根系等
的营养物质, 暂时贮藏; 灌浆前中期(0~第 21 天), 叶
鞘又执行源(source)的生理功能——合成同化物质 ,
体现在前期(0~第 14天) α-亚基草酰乙酸脱羧酶和二
第 4期 李兆伟等: 水稻灌浆期叶鞘蛋白质差异表达分析 625


磷酸核酮糖羧化酶表达增强, 中期(第 14 天~第 21
天)则二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶和核酮糖
α 亚基结合蛋白活动加强, 共同参与叶鞘物质的同
化作用; 在整个灌浆期, 叶鞘又作为物质向籽粒运
输的通道(流)——转运同化物质, ARF-1 和 H+-ATP
在叶鞘的物质转运过程中起着极其重要的作用, 其
物质运输能力受生长素、赤霉素等的协同调节。MT
II-1A 和锌指-C3HC4 型家族蛋白在维持叶鞘抗氧化
衰老相关基因的正常表达中起着重要的作用; 蛋白
激酶家族蛋白在细胞新陈代谢和信号转换中起着重
要的作用, 共同维持叶鞘生理代谢的正常进行。这
一结果极大地丰富了作物源库流理论, 为深入研究
籽粒灌浆期内水稻叶鞘的生理过程与分子机制提供
了重要的理论依据。

致谢: 质谱分析得到厦门大学生命科学学院彭宣宪
教授和庄振宏博士的帮助和支持, 谨此表示感谢！
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