蛋白质组学在研究植物响应逆境机理上的应用

逆境条件下植物可以通过改变其基因表达和相关代谢活动来适应,探讨植物基因和蛋白表达谱的变化就成为植物逆境响应机制研究中的重要内容,蛋白质表达谱反映了植物细胞和组织的实际状态,是植物基因表达和最终代谢的关键环节。随着蛋白质分离技术、质谱鉴定技术和植物生物信息学的迅速发展,蛋白质组学在植物响应逆境方面的研究中的应用已经比较成功,加深了人们对植物响应逆境机制的认识,并为人们提供了新的线索和思维。本文主要对蛋白质组学在植物响应非生物逆境(干旱、盐胁迫、低温胁迫、高温胁迫等)和生物逆境(病虫害)的机制研究的应用上进行了综述。     

差异蛋白质组学技术在植物响应低温胁迫研究中的应用

低温是影响植物生长和地理分布最主要的非生物胁迫因子之一,研究植物响应低温胁迫的分子机制是当前植物生理与分子生态学研究领域的热点问题.利用蛋白质组学技术发现与植物低温应答相关的蛋白,为解析植物抗寒分子机制提供重要信息,对于全面揭示植物低温适应的遗传基础和抗寒机理具有重要意义.综述了近年来运用差异蛋白质组学技术和策略研究模式植物以及非模式植物响应低温胁迫的主要进展,同时指出了该研究领域目前仍存在的问题及今后的发展方向.     

植物应答逆境胁迫的蛋白质组学研究进展

逆境胁迫是制约植物生长发育、影响作物产量和质量的关键因子,揭示植物应答胁迫的分子机理一直是人们长期探索的重大课题.随着拟南芥、水稻等模式植物基因组测序的完成,植物基因组学的研究重点已经转变为功能基因组学研究,蛋白质组学是后基因组时代的新兴研究领域,它有助于人们从分子水平上了解植物耐受胁迫的机制.介绍了植物应答非生物胁迫,如盐胁迫、温度胁迫、干旱胁迫、营养胁迫和机械伤害等,以及生物胁迫,如病菌侵害的蛋白质组学最新研究进展,并探讨了利用蛋白质组学技术研究植物抗逆性方面的优势和前景.     

植物水通道蛋白的干旱应答机制研究进展

干旱胁迫是严重影响全球作物生产的非生物胁迫之一,研究植物耐旱机制已成为一个重要领域。水通道蛋白是一类特异、高效转运水及其它小分子底物的膜通道蛋白,在植物中具有丰富的亚型,参与调节植物的水分吸收和运输。近10年来,水通道蛋白在植物不同生理过程中的作用,一直受到研究人员的关注,特别是在非生物胁迫方面,而研究表明水通道蛋白在干旱胁迫下对植物的耐旱性起着至关重要的作用,能维持细胞水分稳态和调控环境胁迫快速响应。水通道蛋白在植物耐旱过程中的调控机制及功能较复杂,而关于其应答机制和不同亚型功能性研究的报道甚少。该文综述了植物水通道蛋白的分类、结构、表达调控和活性调节,分别从植物水通道蛋白响应干旱表达调控机制、水通道蛋白基因表达的时空特异性、水通道蛋白基因的表达与蛋白丰度,水通道蛋白基因的耐旱转化四个方面阐明干旱胁迫下植物水通道蛋白的表达,重点阐述其参与植物干旱胁迫应答的作用机制,并提出水通道蛋白研究的主要方向。     

植物响应病原菌胁迫的蛋白质组学研究进展

随着拟南芥、水稻等模式植物基因组测序的完成,植物基因组学的研究重点已经转变为功能基因组学研究。蛋白质组学成为后基因组时代的重要研究手段,它有助于从分子水平上了解植物功能。主要介绍了双向电泳技术、生物质谱、蛋白质质谱数据的生物信息学分析等蛋白质组学研究的主要技术手段及植物应答病原菌胁迫的蛋白质组学研究进展,并对蛋白质组学在研究植物抗病机制方面的应用前景做出展望。     

蛋白质组学在植物逆境胁迫研究中的进展

蛋白质组学是后基因组时代研究的热点领域之一,自从蛋白质组这个概念被提出以来,其研究一直受到广泛关注,其研究技术也有了极大地进步。植物时刻都面临各种非生物胁迫,包括干旱、冷、盐、金属等,在长期进化过程中,植物形成独特的机制来响应逆境,然而目前对于植物如何适应逆境的分子机制尚未完全阐明。因此蛋白质组学作为一种强有力的研究技术手段,将为研究植物响应胁迫的分子机制提供理论支撑。介绍了蛋白质组学的产生背景、研究技术手段及植物在各种胁迫条件下的蛋白质组学研究、植物亚细胞器的蛋白质组学研究状况,同时对植物蛋白质组学的发展前景进行了展望。     

植物应答非生物胁迫的蛋白质组学研究进展

逆境对植物的生长发育产生不利影响,植物在长期适应环境中演化出了相应的机制。蛋白质是基因表达的最终产物,是细胞生命活动的基础,在逆境条件下,许多与逆境相关的蛋白质表达量发生变化。蛋白质组学技术的发展为鉴定和研究逆境响应相关蛋白提供了手段,为阐述逆境应答分子机理提供了重要的依据。本综述根据近年来采用蛋白质组学研究植物应答非生物胁迫(干旱,高盐和低温)的结果,总结并讨论了不同逆境下蛋白表达的组织特异性特点,旨在为理解植物的逆境胁迫响应机制提供更多信息。     

植物盐胁迫应答蛋白质组学研究的技术策略

土壤盐渍化是限制植物生长和分布的关键因素之一.揭示植物响应盐胁迫的分子机理是借助分子生物学手段提高植物耐盐性的基础,也是当前植物生理与分子生态学研究的热点问题.高通量的蛋白质组学技术体系包括双向电泳技术、蓝色自然胶电泳技术、双向荧光差异凝胶电泳技术、液相色谱技术,以及各种生物质谱技术,已经被广泛应用于植物应答盐胁迫研究,为解析植物耐盐分子机制提供了重要信息.本文综述了应用于植物盐胁迫响应蛋白质组学研究的技术策略.     

沙冬青属植物响应非生物胁迫的蛋白质组学研究进展

沙冬青属植物具有抗寒、抗旱、抗盐碱等特性,是研究植物逆境胁迫和筛选天然抗逆基因库的理想材料。非生物胁迫是限制沙冬青属植物生长发育及地理分布的重要因素,研究沙冬青属植物响应非生物胁迫的蛋白质组学为发掘其相关抗逆蛋白质及探索抗逆机理奠定基础。通过对近年来国内外利用蛋白质组学技术研究沙冬青属植物应答逆境胁迫的相关成果进行总结归纳,综述沙冬青属植物对低温、干旱、高盐等非生物胁迫响应的蛋白质组学最新研究进展,探讨在非生物胁迫下沙冬青属植物蛋白质水平的动态变化,揭示特定的蛋白质网络以及相关逆境应答机制,并对蛋白质组学技术应用前景进行展望,以期为沙冬青属植物抗逆分子机制更深入、全面的研究提供参考依据。     

植物蛋白质组学研究若干重要进展

植物蛋白质组学近年来正从定性向精确定量蛋白质组学的方向发展。国际上近两年发表的约160篇研究论文报道了利用不断改进的双向电泳结合生物质谱技术、多维蛋白质鉴定技术,以及包括双向荧光差异凝胶电泳、幅N体内代谢标记、同位素标记的亲和标签、同位素标记相对和绝对定量等在内的第2代蛋白质组学技术,对植物组织（器官）与细胞器、植物发育过程和植物响应环境胁迫的蛋白质组特征,以及植物蛋白质翻译后修饰和蛋白质相互作用等方面的研究成果。该文对上述报道进行总结,综述了2007年以来植物蛋白质组学若干重要问题研究的新进展。     

干旱胁迫下茶树基因表达的AFLP分析

利用cDNA-AFLP技术分析了茶树在干旱胁迫诱导下的基因表达差异,通过256对引物组合共获得27个差异表达片段（TDF）,通过BLAST比对分析,按其功能分为转录因子、基础代谢相关蛋白、抗逆蛋白、信号转导蛋白,此外还有一些假设蛋白、未知蛋白和没有比对的基因片段。同时利用RT-PCR对片段GH2和GH15进行验证,表明GH2和GH15片段均受到干旱胁迫诱导表达。这些研究结果显示茶树在干旱胁迫下的逆境反应非常复杂,涉及多种代谢过程中的众多基因。     

植物响应非生物胁迫的磷酸化修饰组学研究进展

植物具有固着生活的特点,高温、低温、干旱和盐等生境中常见的非生物胁迫会严重影响植物的生长发育。蛋白质磷酸化是植物应对非生物胁迫的重要机制,主要通过蛋白质的磷酸化和去磷酸化修饰来调控植物细胞对外界胁迫的应激反应,在植物细胞快速传递胁迫信号并激活对胁迫环境的形态、生理和分子水平适应机制的过程中起重要作用。该文主要介绍了植物磷酸化蛋白质的富集、检测和鉴定技术,并对近年来国内外有关植物响应高温、低温、干旱、淹水、盐、养分亏缺和元素毒害等非生物胁迫的磷酸化修饰蛋白组学研究进展进行综述。     

干旱胁迫条件下马铃薯耐旱品种宁蒗182叶片蛋白质组学分析

开展马铃薯抗旱分子机理的研究对培育马铃薯抗旱品种, 减少干旱造成的损失至关重要。文章利用双向电泳技术对云南地方耐旱马铃薯品种宁蒗182在干旱与正常处理条件下叶片表达差异蛋白质组进行对比研究。经电泳图谱分析和MALDI-TOF-TOF/MS质谱鉴定获得12个表达差异蛋白点, 并进行了功能分类。结果发现, 在差异蛋白中具有保护马铃薯光和系统以及线粒体正常运转的酶类; 调节该植株对环境胁迫响应的信号传导以及调控其组织内N、C运输系统的功能蛋白, 这些蛋白在受到干旱胁迫时表达量均升高。这一结果揭示出该类蛋白是马铃薯在干旱条件下产生的耐受相关蛋白。文章为阐释马铃薯抗旱品种通过多种路径和水平的调控提高其抗性的分子机理提供了理论依据。     

Autophagy and its role in plant abiotic stress management

Being unable to move, plants are regularly exposed to changing environmental conditions, among which various types of abiotic stress, such as heat, drought, salt, and so forth. These might have deleterious effects on plant performance and yield. Plants thus need to adapt using appropriate stress responses. One of the outcomes of abiotic stress is the need to degrade and recycle damaged proteins and organelles. Autophagy is a conserved eukaryotic mechanism functioning in the degradation of proteins, protein aggregates, and whole organelles. It was previously shown to have a role in plant abiotic stress. This review will describe the current knowledge regarding the involvement of autophagy in plant abiotic stress response, mechanisms functioning in autophagy induction during stress, and possible direction for future research.     

Drought‐stress and plant resistance affect herbivore performance and proteome: the case of the green peach aphid Myzus persicae (Hemiptera: Aphididae)

Little is known about the simultaneous effects of drought stress and plant resistance on herbivorous insects. By subjecting the green peach aphid Myzus persicae Sulzer to well‐watered and drought‐stressed plants of both susceptible and resistant peach (Prunus persica), the effects of both stressors on aphid performance and proteomics are tested. Overall, the influence of the water treatment on aphid performance is less pronounced than the effect of host plant genetic resistance. On the susceptible cultivar, aphid survival, host acceptance and ability to colonize the plant do not depend on water treatment. On the resistant cultivar, aphid survival and ability to colonize are higher on drought‐stressed than on well‐watered plants. A study examining the pattern of protein expression aiming to explain the variation in aphid performance finds higher protein expression in aphids on the drought‐stressed susceptible cultivars compared with the well‐watered ones. In the susceptible cultivar, the regulated proteins are related to energy metabolism and exoskeleton functionality, whereas, in the resistant cultivar, the proteins are involved with the cytoskeleton. Comparison of the protein expression ratios for resistant versus susceptible plants reveals that four proteins are down‐regulated in well‐watered plants and 15 proteins are down‐regulated in drought‐stressed plants. Drought stress applied to the susceptible cultivar induces the regulation of proteins in M. persicae that enable physiological adaptation to maintain an almost unaltered aphid performance. By contrast, for aphids on the resistant cultivar subjected to drought stress, the down‐regulation of proteins responds to an induced host susceptibility effect.     

盐芥叶片响应干旱胁迫的蛋白质组学初步分析

盐芥是新兴起的植物非生物逆境研究模式植物,研究盐芥叶片蛋白质组对于干旱胁迫的响应,以推进对植物干旱耐受机制的认识。该研究应用双向电泳技术分析了干旱胁迫对于盐芥叶片蛋白质组的影响,结果共鉴定了63个干旱胁迫差异表达蛋白,包括丰度上调的31个,新出现的蛋白点14个,丰度下调的15个,消失的蛋白点3个。应用生物质谱分析技术确定了包括硫氧还蛋白,铁蛋白-1和凝集素在内的9个干旱胁迫响应蛋白的身份,对这些干旱胁迫响应蛋白的功能分类分析表明,盐芥的耐旱机制可能涉及自由基清除能力的增强、能量代谢的调整以及光合作用的维持。     

Proteome analysis of soybean roots subjected to short-term drought stress

Drought is one of the most important constraints on the growth and productivity of many crops, including soybeans. However, as a primary sensing organ, the plant root response to drought has not been well documented at the proteomic level. In the present study, we carried out a proteome analysis in combination with physiological analyses of soybean roots subjected to severe but recoverable drought stress at the seedling stage. Drought stress resulted in the increased accumulation of reactive oxygen species and subsequent lipid peroxidation. The proline content increased in drought-stressed plants and then decreased during the period of recovery. The high-resolution proteome map demonstrated significant variations in about 45 protein spots detected on Comassie briliant blue-stained 2-DE gels. Of these, 28 proteins were identified by mass spectrometry; the levels of 5 protein spots were increased, 21 were decreased and 2 spots were newly detected under drought condition. When the stress was terminated by watering the plants for 4 days, in most cases, the protein levels tended towards the control level. The proteins identified in this study are involved in a variety of cellular functions, including carbohydrate and nitrogen metabolism, cell wall modification, signal transduction, cell defense and programmed cell death, and they contribute to the molecular mechanism of drought tolerance in soybean plants. Analysis of protein expression patterns revealed that proteins associated with osmotic adjustment, defense signaling and programmed cell death play important roles for soybean plant drought adaptation. The identification of these proteins provides new insight that may lead to a better understanding of the molecular basis of the drought stress responses.