陳泉竹，毛培勝

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，草業(yè)科學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193; 2.成都市發(fā)展和改革委員會(huì)，四川成都 610093)

種子熱激蛋白研究進(jìn)展

陳泉竹1，2，毛培勝1

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，草業(yè)科學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193; 2.成都市發(fā)展和改革委員會(huì)，四川成都 610093)

植物種子在成熟、貯藏與萌發(fā)中會(huì)合成大量蛋白質(zhì)，其中包括具有重要作用的熱激蛋白。研究種子熱激蛋白的結(jié)構(gòu)與功能，能夠揭示熱激蛋白與種子正常發(fā)育、抵抗高溫等逆境脅迫的相關(guān)性，闡釋熱激蛋白在種子中的作用機(jī)理。通過(guò)培育具有抵抗高溫逆境的種子可以提高植物種子活力、保護(hù)種質(zhì)資源，實(shí)現(xiàn)種子生產(chǎn)的高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)以達(dá)到推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。本文從熱激蛋白的合成、分類(lèi)、特點(diǎn)與功能等方面進(jìn)行了概述，并詳細(xì)分析了熱激蛋白在植物種子成熟、貯藏和萌發(fā)中的作用，并對(duì)熱激蛋白在蛋白質(zhì)組學(xué)上的研究進(jìn)行了總結(jié)。提出利用蛋白質(zhì)組學(xué)分析牧草種子劣變過(guò)程中熱激蛋白合成類(lèi)型與數(shù)量的應(yīng)用前景。

熱激蛋白;植物種子;蛋白質(zhì)組學(xué)

新收獲的種子在其生理成熟時(shí)活力最高，受外界環(huán)境條件的影響，收獲后貯藏種子會(huì)出現(xiàn)不可逆的衰老，從而導(dǎo)致種子活力下降。種子活力與環(huán)境溫度有著直接的聯(lián)系，突然的高溫或結(jié)冰，會(huì)給種子帶來(lái)一系列生理生化變化，并導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性、核酸合成系統(tǒng)受破壞或細(xì)胞膜被損壞，從而引起種子劣變，即活力下降的不可逆變化［1-2］。在種子采收、加工和貯藏過(guò)程中，高溫高濕的環(huán)境會(huì)使種子發(fā)生不同程度的劣變，對(duì)種子的質(zhì)量造成較為嚴(yán)重的影響［3-5］。

在貯藏過(guò)程中，暴露于過(guò)熱環(huán)境中的種子會(huì)產(chǎn)生一系列的細(xì)胞代謝反應(yīng)，一些正常蛋白質(zhì)的合成會(huì)減少，同時(shí)一類(lèi)新的蛋白質(zhì)即熱激蛋白(Heat Shock Proteins，HSPs)的合成增加［6-7］。作為高溫誘導(dǎo)產(chǎn)生的一類(lèi)蛋白質(zhì)，熱激蛋白的一個(gè)重要功能就是參與種子的抗熱反應(yīng)過(guò)程，提高細(xì)胞對(duì)熱逆境的抗性［8-9］。熱激蛋白與植物種子的抗逆能力以及壽命有著十分密切的關(guān)系，在蛋白組學(xué)水平上對(duì)高溫劣變的種子進(jìn)行研究可以幫助人們尋找與耐熱相關(guān)的蛋白，從分子生物學(xué)的角度了解其表達(dá)特性與作用機(jī)理。

1 熱激蛋白的合成與分類(lèi)

1962年Ritossa［10］在研究果蠅時(shí)首次發(fā)現(xiàn)了熱激蛋白，而直到1974年科學(xué)家才從生物體內(nèi)正式分離出熱激蛋白。

植物處于高溫狀態(tài)時(shí)，體內(nèi)正常的蛋白合成受到抑制，同時(shí)某些基因開(kāi)始表達(dá)從而合成熱激蛋白［11］。真核細(xì)胞HSP基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)過(guò)程包括熱激因子(HSF)的激活、HSF與熱激元件(HSEs)的結(jié)合及HSPs基因的轉(zhuǎn)錄3個(gè)步驟［12］。植物合成HSP的最適溫度隨植物的不同而改變。通常認(rèn)為，誘導(dǎo)合成HSPs的最適溫度比正常生長(zhǎng)溫度高出10℃［13］。

根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小和同源程度，HSPs可以分為五大類(lèi)［14］: HSP110s、HSP90s、HSP70s、HSP60s和smHSPs (小分子量熱激蛋白)。其中smHSPs又可分為細(xì)胞質(zhì)Ⅰ類(lèi)、細(xì)胞質(zhì)Ⅱ類(lèi)、葉綠體、線(xiàn)粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)smHSPs［15-16］。高等植物中最為豐富的熱激蛋白是分子量為15～42 kD的smHSPs，這也是種子中常見(jiàn)的熱激蛋白組分［17-18］。

2 熱激蛋白的特點(diǎn)和功能

2.1熱激蛋白的特點(diǎn)

熱激蛋白具有保守性、反應(yīng)短時(shí)性、交叉耐受性、誘因多樣性和種類(lèi)多樣性5個(gè)方面的特點(diǎn)［19-20］。植物熱激蛋白的顯著特點(diǎn)是smHSPs相當(dāng)多，已研究過(guò)的植物大多都能合成20多種smHSPs［21］。

2.2熱激蛋白的功能

熱激蛋白都具有分子伴侶作用［22］。研究表明，正是HSPs的分子伴侶功能才使植物細(xì)胞有了耐熱能力［23-24］。小分子量熱激蛋白的表達(dá)可以提高植物的耐熱性，能夠調(diào)節(jié)膜脂的多態(tài)性，穩(wěn)定膜的液晶相，并且增加液體相分子排列的有序性［25-27］。劉箭和莊野真理子［28］通過(guò)研究高溫下熱激蛋白對(duì)檸檬酸合成酶、花粉粒及線(xiàn)粒體的保護(hù)作用，證明線(xiàn)粒體小分子熱激蛋白可以提高細(xì)胞的耐熱能力。

熱激蛋白與植物的抗寒性有關(guān)。Collins等［29］先對(duì)綠豆(Vigna rabiata)進(jìn)行熱激，再置于冷脅迫中，發(fā)現(xiàn)組織的抗冷性明顯增強(qiáng)。趙春梅等［30］利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)smHSPs基因?qū)敕?Lycopersicon esculentum)，在低溫脅迫下其抗冷性明顯好于未轉(zhuǎn)基因番茄和轉(zhuǎn)空載體番茄。

3 熱激蛋白在植物種子中的作用

表1 熱激蛋白在種子中的作用Table 1 The role of heat shock proteins in seed

熱激蛋白在種子發(fā)育、貯藏及萌發(fā)中有重要的作用(表1)。熱激蛋白主要參與種子中新生肽的折疊、運(yùn)輸和組裝，具有分子伴侶的功能，并參與逆境損傷蛋白的修復(fù)和降解等，有利于增強(qiáng)種子的脅迫耐性和與種子壽命相關(guān)的耐貯藏能力，并保持種子的代謝系統(tǒng)在脅迫環(huán)境下的正常功能［31-32］。而且，熱激蛋白對(duì)維持種子本身的功能有重要的意義。種子成熟后，在高溫環(huán)境下發(fā)生劣變時(shí)，HSP mRNA和HSPs的積累對(duì)種子抵抗高溫逆境、保持活力有著非常重要的作用。

3.1熱激蛋白增強(qiáng)種子的脅迫耐性

熱激蛋白作為一種逆境蛋白質(zhì)，對(duì)于灌漿期、成熟貯藏期以及萌發(fā)期的種子都有抵抗環(huán)境脅迫的作用，包括抗熱性、抗寒性和抗旱性等。

試驗(yàn)證明，熱激蛋白不僅可以增加種子的耐熱性，還能夠提高種子的耐寒性。王廣印等［33］研究了高溫對(duì)蘿卜(Raphanus sativus)種子萌發(fā)的影響，30℃以上的溫度不利蘿卜種子的萌發(fā)，而對(duì)蘿卜種子進(jìn)行較高溫度的預(yù)處理之后可以提高種子在35℃萌發(fā)時(shí)的耐高溫性，同時(shí)還能提高種子萌發(fā)耐低溫的能力，由此可見(jiàn)蘿卜種子在高溫逆境中獲得了交叉耐受性，而這種耐受性的產(chǎn)生則與高溫處理下誘導(dǎo)的熱激蛋白有關(guān)。為了深入了解種子發(fā)育過(guò)程中小分子量熱激蛋白的功能與調(diào)節(jié)機(jī)制，Wehmeyer和Vierling［17］通過(guò)蛋白印跡分析和在轉(zhuǎn)基因植物中導(dǎo)入HSP17.4-β-GUS報(bào)告基因，研究了擬南芥(Arabidopsis thaliana)野生型種子與成熟突變體種子中的小分子量熱激蛋白的表達(dá)。結(jié)果顯示，小分子量熱激蛋白在不耐旱的擬南芥種子中含量下降，而在胚有缺陷但耐旱的突變體中含量上升。表明小分子量熱激蛋白對(duì)種子的耐脅迫性有一個(gè)普遍的保護(hù)作用。

近年來(lái)，利用蛋白質(zhì)組學(xué)和基因組學(xué)對(duì)種子熱激蛋白的表達(dá)模式和數(shù)據(jù)分析能夠進(jìn)一步闡明其與種子脅迫耐性的關(guān)系，從而探討熱激蛋白在種子中的功能與作用機(jī)理。Majoul等［34］對(duì)灌漿期的六倍體小麥(Triticum aestivum)種子進(jìn)行不同溫度和時(shí)間的熱激處理后，共有36種蛋白質(zhì)的含量比對(duì)照明顯增加，同時(shí)誘導(dǎo)產(chǎn)生了一種新的蛋白質(zhì)，通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)這些蛋白質(zhì)中包括熱激蛋白，表明種子在高溫劣變中通過(guò)合成熱激蛋白來(lái)抵抗高溫逆境。

3.2熱激蛋白保持種子活力

種子中熱激蛋白的合成能力可以影響到種子活力的水平，熱激蛋白的大量合成能夠提高種子活力。20世紀(jì)90年代末，黃上志［35］為了尋找與種子活力密切相關(guān)的熱激蛋白，對(duì)不同活力的卷心菜(Brassica oleracea var.capitata)種子進(jìn)行熱激處理，發(fā)現(xiàn)高活力和中等活力的卷心菜種子能夠合成一些熱激蛋白，而在低活力種子中檢測(cè)不到，并最終確定一種HSP70與種子活力有關(guān)。劉軍等［36］進(jìn)一步對(duì)不同活力玉米(Zea mays)種子胚的蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，通過(guò)SDS-PAGE的分離與蛋白質(zhì)合成的放射自顯影技術(shù)，發(fā)現(xiàn)種子活力與種子萌發(fā)時(shí)胚貯藏的蛋白降解效率及新蛋白合成能力一致，而且玉米胚吸脹24 h時(shí)蛋白質(zhì)合成能力、貯藏蛋白質(zhì)降解程度可以作為衡量玉米種子活力的生化指標(biāo)。

21世紀(jì)以來(lái)，熱激蛋白在種子活力方面的生物學(xué)功能所具有的理論價(jià)值和應(yīng)用前景成為科學(xué)家們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，大量試驗(yàn)通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)的方法對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究。林信海［37］利用TCA－丙酮沉淀法提取人工老化后的3個(gè)不同活力水平的玉米種子胚的蛋白質(zhì)，通過(guò)蛋白質(zhì)雙向電泳和肽質(zhì)量指紋圖譜技術(shù)分析提取的蛋白質(zhì)組;采用PDQuest 8.0.1軟件對(duì)電泳圖像進(jìn)行分析找到表達(dá)量超過(guò)2倍的蛋白質(zhì)進(jìn)行質(zhì)譜鑒定，共成功鑒定出22個(gè)蛋白質(zhì)，其中包括數(shù)個(gè)熱激蛋白，這些蛋白對(duì)種子活力有多方面的影響，包括能量代謝、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞內(nèi)生物大分子的合成和防御系統(tǒng)等。

目前，科學(xué)家們利用基因表達(dá)和植物轉(zhuǎn)基因等方法研究熱激蛋白對(duì)種子萌發(fā)活力的重要作用。周玉亮［38］研究了蓮(Nelumbo nucifera)種子里的金屬硫蛋白和細(xì)胞質(zhì)Ⅱ類(lèi)小分子量熱激蛋白在種子中的生物學(xué)功能，采取基因表達(dá)和植物轉(zhuǎn)基因的方法，通過(guò)利用蓮種子和轉(zhuǎn)基因擬南芥種子，揭示了上述蛋白在逆境條件下對(duì)于種子萌發(fā)活力的重要作用，證明了蓮種子的金屬硫蛋白基因和小分子量熱激蛋白基因在種子活力方面確實(shí)有一定的生物學(xué)功能，能夠提高種子的耐熱性，同時(shí)增強(qiáng)種子活力。

3.3熱激蛋白增強(qiáng)種子貯藏能力

對(duì)于貯藏的成熟種子而言，在高溫環(huán)境中，熱激蛋白能夠修復(fù)及降解損傷蛋白，穩(wěn)定多肽鏈，保持正常蛋白質(zhì)的活性，從而增強(qiáng)與種子壽命相關(guān)的貯藏能力。

高家東［39］通過(guò)篩選得到兩種耐貯藏能力不同的雜交水稻種子，分別是耐貯藏組合博優(yōu)998和不耐貯藏組合Ⅱ優(yōu)998，提取這兩個(gè)組合貯藏前后的胚蛋白質(zhì)進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究表明在貯藏后鑒定到28個(gè)差異蛋白，其中耐貯藏組合博優(yōu)998上調(diào)蛋白數(shù)為9個(gè)，這些蛋白屬于LEA蛋白、DNA損傷修復(fù)類(lèi)蛋白等，這證明了熱激蛋白的合成與種子的貯藏能力有正相關(guān)性。Kalemba和Pukacka［40］對(duì)自然條件下貯藏年限不同而有不同活力的山毛櫸(Fagus sylvatica)干種子的子葉和胚軸進(jìn)行研究，通過(guò)蛋白免疫印跡和微密度分析等方法，測(cè)定了兩種小分子量熱激蛋白和一些脫水蛋白與種子活力的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)在貯藏時(shí)間最長(zhǎng)也即活力低的種子中熱激蛋白的含量越高，兩者呈顯著的正相關(guān)性，說(shuō)明熱激蛋白對(duì)貯藏種子具有保護(hù)作用。

3.4熱激蛋白維持種子本身的功能

熱激蛋白對(duì)維持種子本身的功能有重要的意義。有學(xué)者在擬南芥［41］、豌豆(Pisum sativum)［42］和向日葵(Helianthus annus)［43］等植物種子中發(fā)現(xiàn)在種子胚胎發(fā)育后期以及種子成熟過(guò)程中有非脅迫引起的小分子量熱激蛋白積累的現(xiàn)象。林曉東等［44］發(fā)現(xiàn)HSP70s家族中的特異蛋白BiP和HSP60s家族中的PDI作為組成型的熱激蛋白(HSC)存在于常態(tài)的細(xì)胞中，參與玉米胚發(fā)育的正常生命活動(dòng)。

4 熱激蛋白的蛋白質(zhì)組學(xué)研究

20世紀(jì)90年代中期，后基因組時(shí)代迎來(lái)了一門(mén)從整體水平上研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的組成和活動(dòng)規(guī)律的新興學(xué)科——蛋白質(zhì)組學(xué)。Wilkins和Williams在1994年首次提出蛋白質(zhì)組的概念，目前研究重點(diǎn)已經(jīng)從基因組學(xué)轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)組學(xué)。在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中，使用的主要技術(shù)有雙向凝膠電泳分離技術(shù)和質(zhì)譜鑒定技術(shù)［45］。蛋白質(zhì)組學(xué)研究的范圍主要包括表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)和功能蛋白質(zhì)組學(xué)［46-48］，其中涉及較多的是差異表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)和功能蛋白質(zhì)組學(xué)(表2)。植物熱激與種子老化過(guò)程中都會(huì)發(fā)生一系列生理生化反應(yīng)，誘導(dǎo)特定基因表達(dá)，蛋白質(zhì)的種類(lèi)、數(shù)量或存在形式也因此發(fā)生變化，因此利用蛋白質(zhì)組學(xué)研究他們的合成和變化模式是研究其代謝過(guò)程的一種非常有用的手段。

表2 熱激蛋白的蛋白質(zhì)組學(xué)研究Table 2 The researches of proteomics on heat shock proteins

4.1熱激蛋白的表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)研究

表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)主要通過(guò)比較分析不同狀態(tài)下或不同物種間蛋白質(zhì)的表達(dá)圖譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)體系內(nèi)代謝調(diào)控的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而揭示有機(jī)體受到外界環(huán)境刺激時(shí)的反應(yīng)途徑以及細(xì)胞調(diào)控機(jī)制，并找出有意義的差異表達(dá)蛋白［49］。

植物抗逆的生理過(guò)程非常復(fù)雜，在逆境下會(huì)產(chǎn)生各種生理生化變化來(lái)響應(yīng)逆境信號(hào)，但是抗逆機(jī)制仍不清楚。通過(guò)差異表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)可以在一定程度上解釋這些逆境響應(yīng)的分子機(jī)制，明確熱激蛋白的表達(dá)類(lèi)型及其在細(xì)胞內(nèi)的理化性質(zhì)、表達(dá)規(guī)律與生物學(xué)功能。

利用表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)，可以驗(yàn)證熱激蛋白對(duì)增強(qiáng)植物的抗逆性有重要意義。在蛋白質(zhì)組學(xué)的概念提出之初，何亞麗［50］對(duì)冷季型草坪草高羊茅(Festuca elata)熱激后進(jìn)行聚丙烯酰胺凝膠電泳［51］，熱激后的高羊茅能夠合成幾種高分子量熱激蛋白，初步認(rèn)為熱激蛋白的合成是耐熱性較弱的品種對(duì)熱脅迫的響應(yīng)方式。之后，林曉東等［44］對(duì)不同發(fā)育程度的玉米種子進(jìn)行熱激，結(jié)果顯示熱激誘導(dǎo)成熟度低的玉米種子胚大量合成HSP70s和smHSPs，成熟度高的玉米種子胚合成近20種熱激蛋白，其中超過(guò)10種為smHSPs，證明熱激蛋白與種子在發(fā)育中獲得的自我修復(fù)和抗熱能力有關(guān)。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，其研究方法也日益成熟，通過(guò)雙向電泳技術(shù)和質(zhì)譜分析技術(shù)進(jìn)行蛋白質(zhì)組分析可以獲得有關(guān)種子蛋白和基因的大量信息［52-54］。林爭(zhēng)春［55］在對(duì)暖季型草坪草溝葉結(jié)縷草(Zoysia matrella)進(jìn)行5、10、20、30和40℃不同溫度梯度的處理后，利用雙向電泳技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)及生物信息學(xué)的方法，研究其蛋白質(zhì)組的差異表達(dá)，結(jié)果表明共有27個(gè)蛋白質(zhì)發(fā)生顯著變化，其中包括參與細(xì)胞防御的熱激蛋白;而且高溫脅迫下熱激蛋白表達(dá)量顯著提高，這也解釋了溝葉結(jié)縷草屬于暖季型草坪草的分子機(jī)理。

將表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)在熱激蛋白中的研究運(yùn)用到作物的實(shí)際生產(chǎn)之中，能夠增加作物的產(chǎn)量與質(zhì)量，這也成為目前研究的一大熱點(diǎn)。小麥?zhǔn)艿礁邷孛{迫時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列熱激蛋白，不同發(fā)育階段的熱激蛋白存在差異，不同抗熱作物品種中熱激蛋白也存在差異。Song［56］利用聚丙烯酰胺凝膠電泳進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離，發(fā)現(xiàn)小麥在37和34℃誘導(dǎo)合成的新蛋白較多，并有相當(dāng)數(shù)量的蛋白質(zhì)含量上升，其含量的增加能夠提高幼苗的抗熱性，由此找到了誘導(dǎo)熱激蛋白的合適品種和溫度，為小麥的增產(chǎn)提供了一定的理論依據(jù)。高溫已經(jīng)成為水稻產(chǎn)量的主要限制因素，在蛋白質(zhì)水平上研究高溫脅迫下水稻基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制，可以更直接地找出與高溫脅迫相關(guān)的基因群，揭示高溫傷害和耐性機(jī)制。Han等［57］將水稻(Oryza sativa)幼苗葉片分別置于35、40和45℃的高溫下48 h，進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)溫度越高，水稻植株內(nèi)形成的保護(hù)機(jī)制越多，而且熱激蛋白在45℃下才被激活發(fā)揮作用;在此基礎(chǔ)上，周偉輝等［58］對(duì)高溫脅迫下的不同耐熱性的水稻葉片進(jìn)一步進(jìn)行生長(zhǎng)性狀考察、生理指標(biāo)測(cè)定與蛋白質(zhì)組學(xué)研究，結(jié)果表明耐熱品種中的熱激蛋白表達(dá)量隨溫度升高而上升，與不耐熱水稻的蛋白響應(yīng)有明顯差異，從而為水稻的耐熱機(jī)制與高溫下的實(shí)際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

4.2熱激蛋白的功能蛋白質(zhì)組學(xué)研究

功能蛋白質(zhì)組學(xué)介于傳統(tǒng)蛋白質(zhì)研究與蛋白質(zhì)組研究之間，它高于對(duì)個(gè)別蛋白質(zhì)的研究，但又不研究全部蛋白質(zhì);功能蛋白質(zhì)組學(xué)把目標(biāo)定位于蛋白質(zhì)群體上，重點(diǎn)研究具有某種功能特點(diǎn)的蛋白質(zhì)［59］。

功能蛋白質(zhì)組學(xué)的研究只注重可能涉及到特定功能激勵(lì)的蛋白質(zhì)群體。在對(duì)逆境脅迫下的植物進(jìn)行功能蛋白質(zhì)組學(xué)研究時(shí)，則只關(guān)注與抗逆性相關(guān)的蛋白質(zhì)，以此來(lái)闡明熱激蛋白的作用機(jī)制。

目前對(duì)熱激蛋白功能蛋白組學(xué)研究仍處于發(fā)展階段，在水稻中的研究相對(duì)較多。為了闡明水稻熱激蛋白質(zhì)的作用機(jī)理，王勇斐［60］利用水稻蛋白質(zhì)組和基因芯片，綜合序列同源性及其與熱應(yīng)答基因間的相關(guān)性信息，從水稻蛋白質(zhì)組中鑒定出了27個(gè)熱激蛋白，對(duì)其中的HSP70s進(jìn)行功能分析，在HSP70s正相關(guān)互作蛋白質(zhì)中挖掘除了顯著富集的24個(gè)生物過(guò)程和5個(gè)分子功能的GO注釋?zhuān)贖SP70s負(fù)相關(guān)互作蛋白質(zhì)中挖掘出了顯著富集的23個(gè)生物過(guò)程和16個(gè)分子功能的GO注釋?zhuān)骄縃SP70s在水稻應(yīng)對(duì)逆境脅迫中的作用機(jī)理。

4.3熱激蛋白的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)研究

結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)是一種針對(duì)有基因組或轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)的生物體，建立其蛋白質(zhì)或亞蛋白質(zhì)組及其蛋白質(zhì)組連鎖群的一種全景式的蛋白組學(xué)研究，從而獲得對(duì)有機(jī)體生命活動(dòng)的全景式認(rèn)識(shí)。而關(guān)于熱激蛋白在結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)上的研究較少，有待發(fā)展。

5 展望

在種子貯藏過(guò)程中，隨著其活力和生活力逐漸下降，對(duì)環(huán)境因子愈加敏感，為了增強(qiáng)種子的耐貯性，減緩種子萌發(fā)能力的喪失，對(duì)種子活力的研究是一個(gè)重要課題。種子劣變是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，對(duì)其機(jī)理的研究對(duì)于種質(zhì)資源的保存工作具有重要的意義。之前對(duì)種子劣變的研究一般都是涉及灌漿期種子受到熱激和劣變種子萌發(fā)時(shí)受到熱激產(chǎn)生的生理生化變化，而對(duì)成熟干種子在貯藏期受到劣變引起的蛋白質(zhì)變化的研究并不多。

近年來(lái)，對(duì)種子熱激蛋白的研究主要集中在通過(guò)表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)分析其熱激蛋白種類(lèi)，利用基因克隆技術(shù)鑒定熱激蛋白功能等方面。因此，利用蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)貯藏期間的成熟干種子進(jìn)行研究，分析熱激蛋白的表達(dá)模式和數(shù)據(jù)，從而闡明與種子脅迫耐性和種子耐貯藏能力有關(guān)的蛋白成分，為進(jìn)一步探索蛋白基因在種子中的功能打下基礎(chǔ)。

對(duì)種子貯藏過(guò)程中受到熱激影響而產(chǎn)生劣變所引起的相關(guān)蛋白質(zhì)進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，來(lái)判斷熱激蛋白種類(lèi)、含量的變化，從而找到不同溫度下牧草種子熱激蛋白的質(zhì)與量的變化趨勢(shì)。根據(jù)熱激蛋白的變化趨勢(shì)，可以分析牧草種子貯藏的極限溫度、種子高溫劣變下起到主導(dǎo)保護(hù)作用的熱激蛋白的種類(lèi)和熱激蛋白能夠發(fā)揮作用的高溫范圍，這能夠?yàn)檫M(jìn)一步了解種子劣變與熱激蛋白之間的聯(lián)系提供線(xiàn)索。

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(責(zé)任編輯 王芳)

Advances in heat shock proteins of seed

Chen Quan-zhu1，2，Mao Pei-sheng1
(1.Beijing Key Laboratory of Grassland Science，College of Animal Science and Technology，China Agricultural University，Beijing 100193，China; 2.Chengdu Municipal Development and Reform Commission，Chengdu 610093，China)

A large number of proteins containing heat shock proteins (HSPs) can be synthesized in the process of maturation，storage and germination in plant seed.The correlation between HSPs and maturation or thermo tolerance of seed is revealed by studying the structure and function of HSPs so as to interpret the role of HSPs in seed.Seed vigour could be improved and the germplasm resources could be protected by cultivating plant seed with heatresistance.The purpose of promoting agricultural economic development will be achieved by means of realizing the high and stable yield in seed production.This paper summarizes the synthesis，classification，characteristics and function of HSPs.Furthermore，the roles of HSPs during the plant maturity，storage or germination are described in detail，and some researches of proteomics on HSPs are summarized.The applied progress utilized the proteomics to analysis the synthesis type and numbers of HSPs is provided during forage seed deterioration.

heat shock proteins; plant seed; proteomics

Mao Pei-sheng E-mail: maops@ cau.edu.cn

S351.1

A

1001-0629(2016) 1-0136-08*

10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0148

陳泉竹，毛培勝.種子熱激蛋白研究進(jìn)展.草業(yè)科學(xué)，2016，33(1) : 136-143.

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2015-03-17 接受日期: 2015-05-05

現(xiàn)代牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-35) ;北京市科技計(jì)劃課題(D131100000413002)

陳泉竹(1991-)，女，湖北宜昌人，在讀碩士生，主要從事牧草種子科學(xué)研究。E-mail: chen.quanzhu@ hotmail.com

毛培勝(1970-)，男，內(nèi)蒙古錫盟人，教授，博士，主要從事牧草種子科學(xué)研究。E-mail: maops@ cau.edu.cn

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動(dòng)物生產(chǎn)層