沈陽師范大學化學與生命科學學院 趙鐵艷

關(guān)于大豆種子蛋白質(zhì)組的研究

沈陽師范大學化學與生命科學學院 趙鐵艷

大豆是供給人類植物蛋白和油料以及發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要作物,但由于不適合做遺傳學和基因組學研究的模式系統(tǒng),其基因組信息尚不豐富。本文，筆者綜述了大豆綜合蛋白質(zhì)組學和差異蛋白質(zhì)組學的應(yīng)用研究,并對大豆蛋白質(zhì)組學研究進行了展望。

一、大豆綜合蛋白質(zhì)組分析

1. 大豆種子蛋白質(zhì)組分析。大豆（學名：Glycine max），中國古稱菽，是一種種子中含有豐富的蛋白質(zhì)的豆科植物。大豆呈橢圓形或球形，顏色有黃色、淡綠色、黑色等，故又有黃豆、青豆、黑豆之稱。大豆最常用來做各種豆制品、壓豆油、煉醬油和提煉蛋白質(zhì)。豆渣或磨成粗粉的大豆也常用于禽畜飼料。在中國、日本和朝鮮，豆腐已經(jīng)吃了幾千年了。大豆加工之后，也可以成為醬油或腐乳。歐美國家現(xiàn)在也開始吃豆腐，但是一般用來代替奶制品。

大豆含有豐富蛋白，其定義為生物體中廣泛存在的一類生物大分子，由核酸編碼的α氨基酸之間通過α氨基和α羧基形成的肽鍵連接而成的肽鏈，經(jīng)翻譯后加工而生成的具有特定立體結(jié)構(gòu)和活性的大分子。泛指某一類蛋白質(zhì)時，與前面的限定詞組成復(fù)合詞時，一律用“蛋白質(zhì)”，如血漿蛋白質(zhì)、纖維狀蛋白質(zhì)、酶蛋白質(zhì)等，此時“質(zhì)”字不得省略(習慣詞除外，新命名者從此)。凡指具體蛋白質(zhì)時，“質(zhì)”字可省略，如血紅蛋白、肌球蛋白等。

改進肽指紋技術(shù)鑒定了一些先前雙向電泳中已檢測到的蛋白質(zhì)點,并建立了一種基于自動化處理的高通量分析方法。利用這種方法分析了從雙向凝膠電泳中獲得的96個蛋白質(zhì)點。利用肽指紋譜鑒定了44種蛋白質(zhì)點。利用雙向電泳分別在大豆品種Maverick開花后14、21、28、35和42 d分析了其種子蛋白,考慮冗余因素,在422個蛋白點中鑒定出216個獨立的蛋白質(zhì),其中共有82個蛋白質(zhì)與代謝有關(guān), 52個蛋白質(zhì)點為種子貯藏蛋白β-伴大豆球蛋白(7S)和大豆球蛋白(11S)。

植物蛋白是主要來源于米面類、豆類，但是米面類和豆類的蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值不同。米面類來源的蛋白質(zhì)中缺少賴氨酸（一種必需氨基酸），因此其氨基酸評分較低，僅為0.3～0.5，這類蛋白質(zhì)被人體吸收和利用的程度也會差些。

植物性食品的蛋白質(zhì)。如谷類、豆類、堅果類等常食用的食物蛋白及葉蛋白、單細胞蛋白等。從營養(yǎng)學上說，植物蛋白大致分為兩類：一是完全蛋白質(zhì)，如大豆蛋白質(zhì)；二是不完全蛋白質(zhì)，絕大多數(shù)的植物蛋白質(zhì)屬于此類。植物蛋白為素食者飲食中主要的蛋白質(zhì)來源，可用以制成形、味、口感等與相應(yīng)動物食品相似的仿肉制品。素食者專食不完全蛋白質(zhì)，會發(fā)生營養(yǎng)缺乏癥，必須兼食大豆蛋白質(zhì)。

含植物蛋白最豐富的是大豆。大豆蛋白肉是以優(yōu)質(zhì)大豆為原料，通過加熱、擠壓、噴噪等工藝過程把大豆蛋白粉制成大小、形狀不同的瘦肉片狀植物蛋白，其之所以被稱為“蛋白肉”，是由于其蛋白質(zhì)的含量遠遠高于一般動物肉類，而且食感、結(jié)構(gòu)、色澤、韌性均與動物肉近似。據(jù)測定其蛋白質(zhì)的含量為豬、牛瘦肉蛋白質(zhì)的2～3倍，經(jīng)衛(wèi)生部門的鑒定，無毒無害，是一種綠色、安全、保健食品。由于其含脂低，是高血壓、冠心病、糖尿病人的理想食品，涼拌、燒、炒皆宜，味道鮮美可口，長期食用可增強體質(zhì)，有益于身體健康。

2. 大豆其他器官的蛋白質(zhì)組分析。首先分析了大豆根瘤細胞溶質(zhì)的蛋白質(zhì)組,發(fā)展了大豆根瘤細胞溶質(zhì)蛋白質(zhì)分離方法,該法極大地提高了雙向電泳中蛋白質(zhì)的分辨率。其中最豐富的蛋白質(zhì)被選來做質(zhì)譜分析。被鑒定的蛋白質(zhì)可按功能分為:C代謝28%,N代謝12%,活性氧代謝12%以及囊泡運輸11%。前三類被認為是共生生物固氮過程的生理功能。與囊泡運輸有關(guān)的一系列蛋白質(zhì)說明細胞膜組分與生物大分子之間的交換很活躍。在69個被鑒定的蛋白質(zhì)中有些是糖酵解途徑中三碳糖部分的酶,進一步研究表明該酶在蔗糖合成途徑中給類細菌提供蘋果酸，并建立了一張大豆根毛細胞蛋白質(zhì)參考圖譜。

二、大豆差異蛋白質(zhì)組分析

1. 大豆種子差異蛋白質(zhì)組分析。利用蛋白質(zhì)組學分析方法研究了野生型(Glycine soja)和栽培型(Glycinemax)大豆種子貯藏蛋白的差異。蛋白質(zhì)組方法被用來分離、鑒定和比較2種主要的蛋白質(zhì),β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白,在野生型和栽培種大豆種子之間的差異。利用雙向電泳和3種不同的IPG膠條有效的分離一系列高豐度和低豐度貯藏蛋白。在pH3～10時大部分β-伴大豆球蛋白亞基能很好地分離,而pH范圍為4～8和6～11時能分別分離大豆球蛋白酸性和堿性多肽鏈。雖然2種基因型的蛋白點在pH 3～10時整體分布圖譜具有相似性,但蛋白點的數(shù)量和強度變化在聯(lián)合利用pH 4～7和pH 6～11膠條時分辨率要好些。在野生型和栽培型大豆中分別檢測到44和34個貯藏蛋白點。運用蛋白質(zhì)組學方法比較研究3個野生大豆和3個栽培大豆的種子貯藏蛋白差異情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),表達量變化2. 5倍以上的點有10個,其中大部分蛋白質(zhì)僅在栽培大豆中檢測到,利用MALDITOF-MS鑒定出5個蛋白質(zhì),主要是與大豆抗性、抗營養(yǎng)以及種子萌發(fā)相關(guān)的蛋白質(zhì),包括大豆血凝素,種子成熟蛋白PM24,糖結(jié)合蛋白,胰蛋白酶抑制劑p20以及成熟多肽。

2. 大豆雄性不育差異蛋白質(zhì)組分析。對NJCMS2A和NJCMS2B的二胞花粉期花藥進行蛋白質(zhì)組比較分析,在分子量18. 4～116. 0 kD、等電點4～7線性范圍內(nèi),檢測到約217個蛋白點,其中差異表達蛋白點25個,利用MALDI-TOF-MS對差異表達蛋白進行分析,獲得肽質(zhì)量指紋圖譜,用Mascot軟件搜索NCBInr數(shù)據(jù)庫,鑒定出14個差異表達蛋白,其中10個在NJCMS2A中出現(xiàn)而在NJCMS2B中缺失和4個在NJCMS2A中缺失而在NJCMS2B中出現(xiàn)。對熱激蛋白22 kD、半胱氨酸蛋白酶、V型H+-ATP酶A亞基、MADS盒蛋白和淀粉分支酶等主要差異蛋白進 行功能分析,推測不育系NJCMS2A雄性不育性可能與能量代謝紊亂、細胞程序化死亡(PCD)、淀粉合成受抑制和花器官發(fā)育調(diào)節(jié)基因作用失控等有關(guān)。

3. 大豆抗逆境差異蛋白質(zhì)組分析。利用雙向電泳系統(tǒng)的研究了紫外線B對大豆葉片蛋白質(zhì)組的影響,結(jié)果表明高黃酮類含量可在蛋白質(zhì)組水平降低大豆對紫外線B輻射的敏感性。利用蛋白質(zhì)組技術(shù)研究了大豆處于高溫條件下收獲的種子的活力和蛋白質(zhì)組成,R5至R8期晝夜溫度為30～37℃的大豆較之晝夜溫度為18～27℃的其單個脂肪酸與總脂肪酸的比率改變、糖濃度降低,但總蛋白和植酸濃度未變。