植物蛋白质组学研究进展.doc

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1、植物蛋白质组学研究进展 1蛋白质组学概念、内容及其产生背景1.1蛋白质组学的概念    蛋白质组(Proteome)一词是由英文单词蛋白质(Protein)的前半部分加上基因组(Genome)的后半部分组合而成，它是指基因组表达产生的所有相应的蛋白质，即细胞或组织或机体全部蛋白质的存在及活动方式(Wasinger等，1995年)。蛋白质组学(Proteomics)一词是由澳大利亚学者威尔金斯(MarcWilkins)和威廉姆斯(KeithWilliams)在1994年意大利召开的一次科学会议上首次提出，并由Wasinger等(1

2、995年)第一次在出版物中使用。蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象，从整体蛋白质水平上，在一个更加深入、更加贴近生命本质的层次上去探索和发现生命活动的规律和重要的生理、病理现象等。1.2植物蛋白质组学的研究内容    蛋白质组学研究主要包括蛋白质的表达模式和蛋白质的功能模式两个方面。    蛋白质表达模式的研究是蛋白质组学研究的基础内容，主要是研究特定条件下某一细胞或组织的所有蛋白质的表征问题。常规的方法是提取蛋白质，经2D-E(Two-dimensionalelectrophoresis)分离形成一个蛋白质组的二维图谱，通过计算

3、机图像分析得到各蛋白质的等电点、分子量、表达量等，再结合以质谱分析为主要手段的蛋白质鉴定，建立起细胞或组织或机体在所谓“正常生理条件下”的蛋白质组图谱和数据库。然后，在此基础上，可以比较分析在变化了的条件下蛋白质组所发生的变化，如蛋白质表达量的变化、翻译后的加工修饰、蛋白质在亚细胞水平上定位的改变等，从而发现和鉴定出特定功能的蛋白质及其基因。    蛋白质功能模式的研究是蛋白质组学研究的重要目标。无论是基因组研究还是蛋白质组研究，最终目标是揭示所有基因或蛋白质功能及其作用模式。一方面，蛋白质与蛋白质、蛋白质与DNA之间的相互作用

4、、相互协调是细胞进行信号传导及代谢活动的基础。另一方面，蛋白质的结构是蛋白质发挥其功能的前提，对蛋白质结构的认识也成为了解大量涌现的新基因功能的一个重要途径。1.3植物蛋白质组学的产生背景    植物蛋白质组学是在基因组学的研究成就和高通量的蛋白质分析技术得到突破的背景下产生的新兴学科，基因组研究的发展是蛋白质组学产生的重要前提。    基因组研究是生物科学近十几年来的研究热点。人类基因组计划被誉为20世纪的3大科技工程之一，并取得了辉煌的成就。2000年6月科学家公布人类基因组工作草图(MacilWain等，2000年)，标志

5、着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。2001年2月，中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果(Lander等，2001等)，宣告了一个新的纪元——后基因组(即功能基因组)时代的到来。    植物基因组学的研究主要集中在拟南芥(Arabidopsisthaliana)和水稻(Oryzasativa)两种模式植物上。2000年12月，美、英等国科学家宣布测出拟南芥基因组的完整序列(TheArabidopsisGenomeInitiative,2000年)，这是人类首次全部破

6、译高等植物的基因序列。2002年是水稻基因组学研究取得重大成就的一年，首先中国的科学家和Syngenta公司的科学家分别发表籼稻和粳稻基因组“工作框架图”(Yu等,2002年；Goff等,2002年)，继后日本和中国的科学家又分别公布了粳稻第1号和第4号染色体的全序列(Feng等；Sasaki等，2002年)以及籼稻粳稻基因的“精细结构图”，被认为是基因组学研究的又一个重要里程碑。    基因组密码的破译，拉开了生命科学研究的序幕，但是，要真正揭示生命活动的奥秘，基因组研究本身又无能为力。因为，基因组仅仅是遗传密码和遗传信息的载

7、体，在生命活动的不同过程中恒定不变，不能反映有机体在生命活动过程中基因表达的时空关系和网络调控。在后基因组时代，研究重心转移到基因功能的解析，即利用结构基因组所提供的信息和高通量的实验手段在转录组(Transcriptome)和蛋白质组水平上系统地分析基因的功能(Oliver，2000年)。    拟南芥和水稻的功能基因组学研究已经开始，其中美国和日本科学家做了大量的工作。其它植物如玉米(Touzet等,1996年)、小麦(Weiss等，1997年)、苜蓿(Catoira等,2000年)、松树(Costa等，1999年)等的功能

8、基因组学研究也已经有人涉及。    蛋白质是基因功能的体现者和执行者。现在已经证明，一个基因并不只产生一个相应的蛋白质，它可能会产生几个，甚至几十个蛋白质。机体所处的不同环境和本身的生理状态差异，会导致基因转录产物有不同的剪切和转译成不同的蛋白。蛋白再进行加工修