植物与病原菌互作的蛋白质组学研究进展.pdf

1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/西 北 植 物 学 报 ,2010 ,30 (3) :0626 - 0632Acta Bot . Boreal. 2Occident . Sin.文 章 编 号 :100024025 (2010) 0320626207 3植 物 与 病 原 菌 互 作 的 蛋 白 质 组 学 研 究 进 展张 彩 霞 1 ,2 ,李 壮 2 ,陈 莹 1 ,2 ,田 义 1 ,2 ,张 利 益 1 ,2 ,丛 佩 华 1 ,2 3(

2、1 农 业 部 果 树 种 质 资 源 利 用 重 点 开 放 实 验 室 ,辽 宁 兴 城 125100 ;2 中 国 农 业 科 学 院 果 树 研 究 所 ,辽 宁 兴 城 125100)摘 要 :深 入 认 识 植 物 与 病 原 菌 的 识 别 方 式 、 亲 和 性 或 非 亲 和 性 的 互 作 模 式 ,对 于 揭 示 植 物 2病 原 菌 互 作 机 制 研 究具 有 重 要 意 义 。 利 用 蛋 白 质 组 学 方 法 研 究 病 原 菌 侵 染 植 物 过 程 ,分 析 相 关 的 基 因 和 蛋 白 ,有 助 于 从 分 子 水 平 上 探究 植 物 2病 原 菌 相

3、 互 作 用 机 制 。 本 文 概 述 了 植 物 2病 原 菌 的 互 作 机 制 ,系 统 介 绍 了 差 异 蛋 白 质 组 学 分 析 方 法 在 植 物 2病 原 真 菌 、 植 物 2病 原 细 菌 两 类 互 作 系 统 中 的 应 用 ,分 析 了 植 物 与 病 原 菌 互 作 过 程 中 可 能 涉 及 的 差 异 表 达 功 能 蛋白 ,并 对 当 前 蛋 白 质 组 学 技 术 在 植 物 与 病 原 菌 互 作 研 究 中 存 在 的 诸 多 问 题 进 行 了 探 讨 。关 键 词 :相 互 作 用 ;病 原 菌 ;植 物 宿 主 ;蛋 白 质 组 学中 图 分

4、类 号 :Q789 文 献 标 识 码 :AAdvances in Proteomic Studies on the Plant2pathogen InteractionsZHAN G Cai2xia1 ,2 ,L I Zhuang2 ,CH EN Ying1 ,2 , TIAN Yi1 ,2 ,ZHAN G Li2yi1 ,2 ,CON G Pei2hua1 ,2 3(1 Key Laboratory of Fruit Germplasm Resources Utilization ,Minist ry of Agriculture ,Xingcheng ,Liaoning 125100 ,

5、China ;2 Re2search Institute of Pomology ,Chinese Academy of Agricultural Sciences ,Xingcheng ,Liaoning 125100 ,China)Abstract :Plant2pathogen interactions have been performed extensively over t he years from bot h t he plantand pat hogen viewpoint s. An overall understanding of how plant s and pat

6、hogens recognize each other ,anddifferentiate to establish eit her a compatible or an incompatible relationship is crucial in t his field of investi2gation. Defence2related genes and proteins exp ressed during p hytopat hogen infections have been successf ul2ly identified wit h proteomics approaches

7、. This met hod also contributed to t he investigation of molecularplant2pathogen interactions. In t his paper ,we provide an overview of plant2pat hogen interactions ,and high2light some f unctional proteins exp ressed during plant2bacterium ,plant2f ungus interactions reported in dif2ferential prot

8、eomic st udies ,and discuss t hese findings considering the advantages and limitations of currentproteomic tool in plant2pat hogen interactions.Key words :interactions ;pathogens ;plant host ;proteomics植 物 抗 病 性 及 抗 病 机 制 研 究 是 当 今 植 物 病 理 学和 植 物 抗 病 育 种 研 究 的 热 点 和 焦 点 。 在 自 然 情 况下 ,植 物 经 常 处 于 生 物

9、 胁 迫 或 非 生 物 胁 迫 之 中 ,就 生物 胁 迫 而 言 ,病 原 菌 是 诱 发 植 物 病 害 的 主 要 根 源 ,因此 病 原 菌 胁 迫 就 成 为 植 物 主 要 的 生 物 胁 迫 1 。 当 受到 外 来 病 原 菌 侵 染 时 ,植 物 将 通 过 改 变 自 身 蛋 白 质组 的 表 达 模 式 或 酶 类 的 活 性 等 方 式 ,实 现 对 病 原 菌侵 染 信 号 的 感 应 、 传 递 以 及 生 物 学 防 御 2 ,3 。 蛋 白质 组 学 技 术 的 日 臻 成 熟 与 完 善 为 我 们 提 供 了 一 系 列在 蛋 白 质 水 平 上 以 高

10、通 量 方 式 直 接 研 究 基 因 功 能 的有 力 工 具 。 近 年 来 ,有 关 植 物 抗 病 分 子 机 制 的 研 究较 多 4 ,但 主 要 集 中 在 以 下 4 个 方 面 :即 植 物 宿 主 抗病 基 因 的 克 隆 及 其 结 构 分 析 、 病 原 菌 无 毒 基 因 及 相关 致 病 因 子 的 克 隆 与 研 究 、 信 号 传 导 相 关 因 子 的 克3 收 稿 日 期 :2009209223 ;修 改 稿 收 到 日 期 :2010201206基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 (30900968) ;国 家 863 计 划 (2006AA

11、100108)作 者 简 介 :张 彩 霞 (1979 - ) ,女 (汉 族 ) ,理 学 博 士 ,助 理 研 究 员 ,主 要 从 事 苹 果 抗 病 蛋 白 质 组 学 研 究 。 E2mail :cxzhang2bj 163. com3 通 讯 作 者 :丛 佩 华 ,研 究 员 ,博 士 生 导 师 ,主 要 从 事 苹 果 育 种 研 究 。 E2mail :congph 163. com 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/隆 及 其 结

12、 构 分 析 以 及 植 物 2病 原 菌 之 间 互 作 分 子 机理 等 5 ,6 。 研 究 植 物 与 病 原 菌 互 作 过 程 中 蛋 白 质 组的 差 异 表 达 ,尤 其 是 对 病 原 菌 诱 导 植 物 宿 主 产 生 的差 异 表 达 研 究 ,将 有 助 于 从 分 子 水 平 上 直 接 了 解 植物 宿 主 应 答 病 原 菌 侵 染 所 启 动 的 基 因 功 能 ,揭 示 病原 菌 致 病 和 植 物 宿 主 抗 病 的 复 杂 调 控 机 制 。本 文 就 近 年 来 国 内 外 有 关 植 物 2病 原 菌 互 作 过程 中 的 蛋 白 质 组 学 ( Pr

13、oteomics) 研 究 进 展 作 一 概述 ,以 期 为 进 一 步 应 用 蛋 白 质 组 学 方 法 探 究 植 物 2病原 菌 互 作 的 分 子 机 制 提 供 参 考 。1 植 物 宿 主 与 病 原 菌 互 作 机 制随 着 分 子 植 物 病 理 学 及 现 代 分 子 生 物 学 的 迅 速发 展 ,人 们 对 植 物 与 病 原 菌 互 作 机 制 的 认 识 也 日 趋完 善 729 。 植 物 应 答 外 来 病 原 菌 侵 染 信 号 的 抗 病 或感 病 表 型 取 决 于 植 物 宿 主 自 身 的 免 疫 系 统 ,涉 及 植物 宿 主 与 病 原 菌 间

14、的 相 互 识 别 、 植 物 宿 主 防 御 因 子和 病 原 菌 致 病 因 子 间 的 相 互 竞 争 等 10 ,11 。 一 般 情况 下 ,植 物 抗 病 或 感 病 反 应 都 是 从 植 物 宿 主 和 病 原菌 接 触 开 始 ,通 过 表 面 分 子 互 作 ,把 信 号 传 递 到 细 胞内 部 ,继 而 引 发 一 系 列 复 杂 生 理 生 化 反 应 ,这 些 反 应均 与 宿 主 植 物 自 身 防 御 机 制 相 关 ,从 而 产 生 植 物 病害 表 型 差 异 ,如 发 病 程 度 上 的 抗 病 、 感 病 之 分 2 ,9 。当 病 原 菌 侵 染 植

15、物 宿 主 时 ,病 原 与 宿 主 间 存 在复 杂 互 作 过 程 。 在 此 过 程 中 ,病 原 菌 可 通 过 致 病 基因 的 表 达 产 生 某 些 致 病 因 子 (如 多 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶等 ) ,致 病 因 子 作 用 于 植 物 细 胞 壁 以 侵 染 植 物 宿 主 。如 图 112 所 示 ,宿 主 应 答 病 原 菌 侵 染 ,也 会 相 应 启 动一 系 列 复 杂 的 防 御 反 应 机 制 ,该 反 应 涉 及 宿 主 抗 性基 因 ( resistance gene , R gene) 的 激 活 、 过 敏 反 应 的发 生 、 信 号 转 导

16、途 径 的 调 控 5 ,11 ,13 ,14 以 及 病 程 相 关蛋 白 ( Pathogenesis2related protein ,PR)的 差 异 表 达等 15 。 其 中 ,宿 主 抗 性 基 因 表 达 产 生 的 某 些 PR 蛋白 ,如 21 ,32葡 聚 糖 酶 ( 21 ,32Glucanases ,PR22) 、 几丁 质 酶 ( Chitinase , PR23) 、 过 氧 化 物 酶 ( Peroxida2ses ,PR29)等 能 有 效 抑 制 病 原 菌 的 生 长 和 扩 散 ,起 到主 动 防 御 病 原 菌 侵 染 的 作 用 。 此 外 ,植 物

17、 宿 主 识 别病 原 菌 侵 染 过 程 中 还 可 能 涉 及 苯 丙 氨 酸 解 氨 酶( PAL) 、 多 酚 氧 化 酶 ( PPO) 或 其 他 信 号 转 导 相 关 酶类 的 差 异 表 达 。植 物 宿 主 与 病 原 菌 互 作 机 制 方 面 的 研 究 主 要 集中 于 水 稻 ( Ory z a sati v a) 15 、 小 麦 ( T riticum aesti2v um) 16 、 拟 南 芥 ( A rabi dopsis t hali ana) 17 、 胡 萝 卜(Daucus carota) 18 、 番 茄 (L ycopersicon escule

18、ntum) 19 、黄 瓜 ( Cucumis sativus L. ) 20 、 香 蕉 ( Musacae spp. ) 21等 植 物 上 。 大 量 研 究 表 明 ,在 病 原 菌 侵 染 与 植 物 宿主 防 御 这 一 复 杂 互 作 过 程 中 ,宿 主 细 胞 内 某 些 功 能蛋 白 的 特 异 性 表 达 对 病 原 菌 致 病 能 力 的 发 挥 具 有 重要 影 响 。 如 果 能 系 统 了 解 病 原 菌 与 植 物 宿 主 互 作 过程 中 的 防 御 反 应 、 信 号 转 导 以 及 相 关 PR 蛋 白 的 差异 表 达 情 况 ,就 有 希 望 深 入

19、理 解 植 物 宿 主 2病 原 菌 互作 的 分 子 基 础 ,进 一 步 掌 握 植 物 宿 主 应 答 病 原 菌 侵染 的 抗 病 机 制 ,可 以 为 将 来 植 物 病 害 的 防 御 和 控 制提 供 科 学 依 据 。图 1 病 原 菌 侵 染 后 植 物 宿 主 的 防 御 反 应 (引 自 Dang12 )Fig. 1 Plant defence responses to pathogen invasion ( From Dang12 )7263 期 张 彩 霞 ,等 :植 物 与 病 原 菌 互 作 的 蛋 白 质 组 学 研 究 进 展 1994-2010 China

20、Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/2 蛋 白 质 组 学 研 究 技 术 在 植 物 与 病 原菌 互 作 研 究 中 的 应 用随 着 人 类 基 因 组 计 划 的 不 断 发 展 和 完 善 ,生 命科 学 研 究 逐 渐 步 入 后 基 因 组 时 代 ,蛋 白 质 组 学 ( Pro2teomics)作 为 功 能 基 因 组 学 的 重 要 支 柱 在 20 世 纪90 年 代 应 运 而 生 ,并 已 成 为 新 世 纪 生 命 科 学 研 究 的前 沿 和 热 门 领

21、 域 22 ,23 。 蛋 白 质 有 其 自 身 特 定 的 活动 规 律 ,如 蛋 白 质 结 构 的 形 成 、 修 饰 加 工 、 转 运 定 位 、蛋 白 质 与 蛋 白 质 相 互 作 用 等 ,这 些 通 常 都 无 法 直 接从 基 因 组 信 息 中 反 映 出 来 。 任 何 生 物 机 体 在 经 历 各种 生 理 、 病 理 过 程 中 ,其 基 因 组 通 常 是 始 终 稳 定 不变 ,而 其 蛋 白 质 组 构 成 却 随 所 处 环 境 不 同 或 自 身 生理 状 态 差 异 发 生 着 严 格 而 活 跃 的 变 化 ,形 成 不 同 类型 的 蛋 白 质

22、。 了 解 基 因 组 编 码 的 信 息 ,并 不 足 以 揭示 细 胞 内 基 因 的 确 切 功 能 ,只 有 对 基 因 表 达 产物 蛋 白 质 进 行 深 入 研 究 ,尤 其 是 对 其 表 达 模 式和 功 能 模 式 的 探 索 ,才 能 全 面 认 识 生 命 活 动 的 本质 24227 。 近 年 来 ,蛋 白 质 组 研 究 技 术 已 被 广 泛 应 用于 生 命 科 学 研 究 的 各 个 领 域 ,覆 盖 了 原 核 微 生 物 、 真核 微 生 物 、 动 物 和 植 物 ,涉 及 各 种 重 要 的 生 物 学 现象 ,如 细 胞 分 化 、 信 号 转 导

23、 、 蛋 白 质 折 叠 等 。随 着 功 能 基 因 组 学 研 究 方 法 的 不 断 发 展 ,蛋 白 质组 学 分 析 技 术 的 日 益 进 步 ,以 及 植 物 宿 主 2病 原 菌 互作 体 系 的 构 建 ,大 量 的 致 病 相 关 及 防 御 反 应 相 关 的 功能 基 因 和 蛋 白 得 到 了 验 证 ,为 揭 示 植 物 抗 病 分 子 机 制和 植 物 抗 病 基 因 工 程 研 究 与 应 用 奠 定 了 基 础 。2. 1 差 异 蛋 白 质 组 学 分 析 技 术 在 植 物 2病 原 菌 互 作研 究 中 的 应 用在 植 物 病 理 学 研 究 中 ,可

24、 通 过 比 较 感 病 组 织 和相 应 正 常 组 织 的 蛋 白 质 组 表 达 谱 差 异 ,分 析 鉴 定 与病 原 菌 诱 导 相 关 的 特 异 功 能 蛋 白 ,了 解 不 同 功 能 蛋白 的 差 异 表 达 及 其 在 不 同 生 物 胁 迫 下 功 能 的 发 挥 ,进 而 阐 明 病 原 菌 致 病 或 宿 主 植 物 抗 病 的 分 子 机 制 。近 年 来 ,关 于 植 物 与 病 原 菌 相 互 作 用 的 蛋 白 质 组 学分 析 研 究 已 得 到 了 广 泛 开 展 。Chen 等 28 通 过 开 展 水 稻 悬 浮 细 胞 与 白 叶 枯 病菌 ( X

25、ant homonas ory z ae pv. ory z ae) 的 互 作 试 验 ,分 析 了 水 稻 悬 浮 细 胞 质 膜 蛋 白 经 病 原 菌 诱 导 12 h、24 h 后 对 病 原 菌 的 响 应 情 况 ,结 果 表 明 共 有 20 个蛋 白 点 发 生 了 显 著 的 差 异 表 达 ,其 中 部 分 蛋 白 可 能参 与 抗 病 基 因 X a21 调 节 的 亲 和 性 或 非 亲 和 性 互 作过 程 ,另 有 11 个 蛋 白 点 经 MS/ MS 质 谱 分 析 及 功 能预 测 均 为 植 物 防 御 反 应 相 关 蛋 白 。 Kim 等 15 ,29

26、 ,30 利 用 差 异 蛋 白 质 组 学 方 法 先 后 比 较 了 水 稻 悬 浮 培 养细 胞 、 水 稻 叶 片 与 稻 瘟 病 菌 ( M agna port he g risea)相 互 作 用 的 蛋 白 质 差 异 表 达 情 况 ,分 析 了 互 作 过 程中 宿 主 细 胞 响 应 病 原 菌 侵 染 信 号 而 引 起 细 胞 内 功 能蛋 白 或 分 泌 蛋 白 的 差 异 表 达 ,通 过 质 谱 鉴 定 及 功 能验 证 ,讨 论 了 与 病 原 菌 诱 导 相 关 的 OsPR210、 2葡 萄糖 苷 酶 、 几 丁 质 酶 、 DU F26 等 功 能 蛋 白

27、 在 互 作 过 程中 的 差 异 表 达 以 及 与 水 稻 防 御 反 应 相 关 的 分 子 机制 。 Zhou 等 16 开 展 了 小 麦 颖 花 与 禾 谷 镰 孢 霉 菌( Fusari um g rami nearum)互 作 的 蛋 白 质 组 学 分 析 ,结 果 显 示 ,共 有 33 个 来 自 于 小 麦 组 织 的 差 异 蛋 白 点得 到 鉴 定 ,并 系 统 探 讨 了 其 中 7 个 与 防 御 反 应 功 能相 关 的 蛋 白 点 可 能 在 小 麦 2病 原 真 菌 互 作 过 程 中 发挥 关 键 作 用 。 Colditz 等 31 研 究 了 苜 蓿

28、 根 部 经 卵 菌病 原 菌 ( A p hanom yces euteiches)侵 染 前 后 的 蛋 白 质表 达 谱 变 化 。 结 果 表 明 ,苜 蓿 与 病 原 菌 互 作 前 后 的差 异 表 达 蛋 白 多 数 属 于 病 程 相 关 蛋 白 PR210 家 族 ,认 为 这 些 PR210 家 族 蛋 白 的 差 异 表 达 可 能 与 植 物根 部 应 答 病 原 菌 侵 染 信 号 密 切 相 关 。 同 时 ,该 研 究证 实 这 类 PR210 家 族 蛋 白 也 是 苜 蓿 根 部 应 答 非 生物 胁 迫 因 子 ABA 的 抗 逆 蛋 白 。 Geddes

29、等 32 分 析了 大 麦 与 禾 谷 镰 孢 菌 互 作 前 后 蛋 白 质 组 的 差 异 表 达情 况 ,结 果 表 明 病 程 相 关 蛋 白 PR23 与 PR25 的 上 调表 达 可 能 与 大 麦 的 抗 性 基 因 型 CI4196 密 切 相 关 。Ndimba 等 33 和 Chivasa 等 34 分 别 研 究 了 拟 南 芥 悬浮 细 胞 在 病 原 真 菌 ( Fusarium) 细 胞 壁 提 取 物 诱 导下 ,细 胞 外 和 细 胞 内 蛋 白 质 组 的 差 异 表 达 情 况 ,系 统探 讨 了 模 式 植 物 拟 南 芥 响 应 病 原 菌 侵 染 的

30、 抗 性蛋 白 表 达 及 信 号 转 导 途 径 相 关 基 因 的 表 达 变 化 。 鉴于 黑 腐 病 对 于 拉 丁 美 洲 农 作 物 的 严 重 危 害 ,Andrade等 35 应 用 差 异 蛋 白 质 组 学 方 法 分 析 了 花 椰 菜 与 黑 腐病 致 病 菌 ( X anthomonas cam pestris pv. cam pestris) 互作 前 后 蛋 白 质 表 达 模 式 的 变 化 情 况 ,结 果 共 有 21 个差 异 蛋 白 点 得 到 成 功 鉴 定 ,其 中 6 个 来 自 于 植 物 寄主 ,15 个 来 自 病 原 菌 ,这 些 蛋 白

31、的 鉴 定 对 于 充 分 认识 黑 腐 病 致 病 分 子 机 理 具 有 重 要 意 义 。 Oh 等 36 探讨 了 拟 南 芥 悬 浮 细 胞 系 与 链 格 孢 类 病 原 真 菌 互 作 过程 中 ,拟 南 芥 分 泌 蛋 白 在 应 答 病 原 菌 侵 染 过 程 中 的差 异 表 达 情 况 ,证 实 了 脂 肪 酶 类 分 泌 蛋 白 GL IP1 的诱 导 表 达 与 拟 南 芥 抗 病 性 密 切 相 关 , 并 分 析 了GL IP1 可 能 是 通 过 抑 制 病 原 真 菌 的 分 生 孢 子 活 性来 完 成 防 御 反 应 。以 往 关 于 植 物 2微 生 物

32、 互 作 的 研 究 大 多 侧 重 于两 者 相 互 作 用 ,如 植 物 与 病 原 菌 、 病 原 菌 与 拮 抗 菌 或826 西 北 植 物 学 报 30 卷 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/植 物 与 拮 抗 菌 间 的 互 作 。 Marra 等 37 利 用 高 通 量的 蛋 白 质 组 学 技 术 手 段 ,分 析 植 物 2病 原 菌 2拮 抗 型木 霉 菌 三 者 间 互 作 前 后 的 蛋 白 质 差 异 表 达 情 况 ,系

33、统 探 讨 了 植 物 抗 病 机 制 及 木 霉 菌 的 拮 抗 机 制 ,该 方法 也 为 系 统 阐 明 植 物 2微 生 物 互 作 机 制 提 供 了 很 好的 参 考 模 式 。2. 2 植 物 宿 主 2病 原 菌 互 作 过 程 中 可 能 涉 及 的 差 异表 达 功 能 蛋 白如 图 238 所 示 , 植 物 宿 主 可 通 过 感 应 病 原 菌 侵染 信 号 ,如 与 病 原 菌 致 病 相 关 的 病 原 相 关 分 子 模 式(Pathogen2associated molecular patterns , PAMPS) 、 细胞 壁 降 解 酶 (Cell wa

34、ll2degrading enzymes ,CWDES)等信 号 因 子 的 诱 导 表 达 ,引 发 植 物 宿 主 的 基 本 抗 性 ,包括 植 物 宿 主 2病 原 菌 亲 和 性 互 作 、 非 亲 和 性 互 作 的 发生 。 互 作 过 程 中 ,植 物 宿 主 细 胞 因 自 身 防 御 反 应 、 生物 胁 迫 反 应 等 相 关 介 导 蛋 白 的 诱 导 表 达 ,而 使 植 物宿 主 表 现 不 同 程 度 的 抗 病 或 感 病 表 型 ,如 某 些 植 物宿 主 应 答 病 原 菌 侵 染 而 表 达 抗 性 相 关 蛋 白 所 引 发 的超 敏 反 应 ( Hyp

35、ersensitive Response , HR)等 。研 究 证 实 ,在 植 物 与 病 原 细 菌 互 作 过 程 中 ,通 过图 2 蛋 白 质 组 学 方 法 研 究 植 物 2病 原 菌 互 作 过 程 中 可 能 涉 及 的 差 异 表 达 蛋 白 (引 自 Mehta 等 38 )Fig. 2 Overview of plant2pathogen interactions and insights into proteomic studies of theproteins involved in these processes ( From Mehta et al 38 )蛋

36、 白 质 组 学 分 析 方 法 ,经 质 谱 鉴 定 且 来 自 植 物 宿 主的 功 能 蛋 白 主 要 包 括 逆 境 反 应 相 关 的 谷 胱 甘 肽 转 移酶 ( Glutat hione S2transferase) 39 ,氧 化 胁 迫 反 应 相关 蛋 白 中 的 过 氧 化 物 酶 类 ( Peroxidase) 、 超 氧 化 物歧 化 酶 ( Superoxide dismutase) 28 ,40 ,41 ,以 及 其 他 病程 相 关 蛋 白 ( PR) 家 族 的 21 , 32葡 聚 糖 酶 ( 21 , 32Glucanases) ( PR22) 42 、

37、类 甜 蛋 白 ( Thaumatin2likeprotein) ( PR25) 28 、 内 切 几 丁 质 酶 前 体 ( Endochiti2nase precursor) ( PR23) 等 41 。 此 外 ,某 些 能 量 代 谢相 关 的 关 键 酶 类 也 在 植 物 与 病 原 细 菌 互 作 过 程 中 得到 鉴 定 ,如 水 稻 ( O. sati v a)与 白 叶 枯 病 菌 ( X. ory z aepv. ory z ae)互 作 过 程 中 鉴 定 来 自 水 稻 ( O. sativ a) 的三 磷 酸 甘 油 醛 脱 氢 酶 ( Glyceraldehyde

38、 32p hosp hatedehydrogenase) 28 。大 量 研 究 表 明 ,关 于 植 物 与 病 原 真 菌 互 作 过 程 的蛋 白 质 组 学 研 究 更 为 广 泛 ,涉 及 的 植 物 宿 主 包 括 水 稻(O. sativa) 15 ,29 ,30 ,43 ,44 、 拟 南 芥 ( A. thaliana) 34 、 小 麦( T. aestivum) 16 、 苜 蓿 ( Medicago truncatula31 ) 、 大麦 ( Hordeum vul gare) 32 、 番 茄 (L. esculentum) 45 、 玉米 ( Zea mays) 4

39、6 等 模 式 植 物 。 鉴 定 得 到 来 自 植 物 宿主 的 功 能 蛋 白 主 要 以 病 程 相 关 ( PR) 蛋 白 家 族 为 主 ,包 括 过 氧 化 物 酶 类 Peroxidases ( PR29) 15 ,16 ,34 ,43 ,45 、 21 ,32葡 聚 糖 酶 ( 21 ,32Glucanases) ( PR22) 15 ,16 ,43 ,45 ,46 、类 甜 蛋 白 ( Thaumatin2like protein) (PR25) 15 ,16 ,32 ,44 ,45 、几 丁 质 酶 Chitinase ( PR23) 16 ,32 ,43 ,45 、 病

40、 程 相 关 蛋 白(Pathogenesis2related class 10) ( PR210) 15 ,29 ,31 等 ,其他 的 防 御 反 应 相 关 蛋 白 及 次 生 代 谢 途 径 蛋 白 也 在 这类 研 究 中 得 到 成 功 鉴 定 16 ,30 ,34 ,43 ,46 。9263 期 张 彩 霞 ,等 :植 物 与 病 原 菌 互 作 的 蛋 白 质 组 学 研 究 进 展 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/2. 3 蛋 白

41、质 组 学 分 析 技 术 在 植 物 2病 原 菌 互 作 研 究中 存 在 的 问 题蛋 白 质 组 学 分 析 技 术 作 为 一 门 新 兴 学 科 ,当 前存 在 的 许 多 技 术 上 的 缺 陷 制 约 着 蛋 白 质 组 学 研 究 的大 规 模 发 展 。 大 量 研 究 证 实 ,在 植 物 2病 原 菌 互 作 的蛋 白 质 组 学 分 析 中 ,仍 有 少 量 的 、 具 备 显 著 差 异 表 达特 征 的 蛋 白 质 点 未 得 到 成 功 鉴 定 ,这 些 蛋 白 点 往 往是 互 作 过 程 中 的 低 丰 度 表 达 蛋 白 点 或 低 分 子 量 蛋 白点

42、。 对 于 这 类 蛋 白 点 ,受 目 前 分 析 检 测 技 术 灵 敏 度的 制 约 ,无 法 获 得 该 类 蛋 白 质 点 的 相 关 功 能 信 息 。此 外 ,因 质 谱 技 术 的 高 敏 感 性 ,蛋 白 质 组 的 纯 化 问 题也 是 制 约 植 物 2病 原 菌 互 作 研 究 的 关 键 问 题 。蛋 白 质 组 学 研 究 与 功 能 基 因 组 学 密 不 可 分 ,基因 组 数 据 库 的 不 完 整 也 成 为 限 制 蛋 白 质 组 学 研 究 的瓶 颈 。 目 前 ,蛋 白 质 组 学 分 析 技 术 仅 在 少 数 已 完 成测 序 的 模 式 生 物

43、如 拟 南 芥 、 水 稻 中 得 到 广 泛 应 用 ,因此 ,迫 切 需 要 各 类 重 要 物 种 基 因 组 数 据 库 的 不 断 补充 和 完 善 。3 小 结 与 展 望目 前 ,借 助 于 成 熟 的 蛋 白 质 组 学 分 析 方 法 和 生物 质 谱 鉴 定 技 术 ,在 植 物 2病 原 真 菌 、 植 物 2病 原 细 菌两 类 互 作 系 统 中 已 获 得 大 量 的 由 病 原 菌 诱 导 产 生 、且 来 源 于 植 物 宿 主 的 差 异 表 达 功 能 蛋 白 。 其 中 ,以病 程 相 关 蛋 白 ( PR) 家 族 为 主 的 部 分 蛋 白 的 功 能

44、 已在 各 类 互 作 系 统 中 得 到 充 分 验 证 ,明 确 了 各 类 蛋 白在 植 物 防 御 反 应 机 制 中 的 具 体 作 用 ,深 入 解 析 了 植物 宿 主 应 答 病 原 菌 侵 染 的 复 杂 分 子 机 制 ,这 些 数 据也 为 基 因 组 学 和 转 录 组 学 研 究 提 供 了 重 要 参 考 。针 对 植 物 2病 原 菌 互 作 蛋 白 质 组 学 研 究 中 存 在的 问 题 ,鉴 于 互 作 系 统 本 身 的 复 杂 性 ,要 想 深 入 探 究植 物 与 病 原 菌 互 作 的 响 应 机 制 ,阐 明 其 中 蕴 含 的 生物 机 理 ,大

45、 量 的 关 于 基 因 调 控 机 理 以 及 蛋 白 质 表 达模 式 和 功 能 等 方 面 的 研 究 需 要 进 一 步 开 展 。 近 年来 ,研 究 人 员 借 助 某 些 成 熟 的 模 式 系 统 ,如 水 稻 2稻瘟 病 互 作 系 统 ,开 展 了 大 量 关 于 植 物 2病 原 真 菌 互 作分 子 机 制 的 研 究 15 ,29 ,30 ,43 ,44 ,这 些 研 究 为 其 他 互 作系 统 的 研 究 提 供 了 很 好 的 借 鉴 。关 于 植 物 2病 原 菌 互 作 方 面 的 蛋 白 质 组 学 研 究 ,在 完 善 现 有 研 究 方 案 的 同

46、时 ,还 需 不 断 开 发 新 的 研究 技 术 和 方 法 、 加 强 国 际 间 的 学 术 交 流 及 合 作 、 完 善全 球 共 享 的 蛋 白 质 数 据 库 系 统 ,以 助 于 人 类 充 分 认识 植 物 2病 原 菌 相 互 作 用 的 复 杂 分 子 机 制 。参 考 文 献 : 1 T HORDAL2CHRISTENSEN H. Fresh insight s into processes of nonhost resistanceJ . Current Opinion in Plant B iology ,2003 ,6 :351 -357. 2 DAN GL J

47、L ,J ON ES D G J . Plant pat hogens and integrated defence responses to infectionJ . N ature ,2001 ,411 :826 - 833. 3 L IAN G Y(梁 宇 ) ,J IN G Y X(荆 玉 祥 ) ,SHEN SH H (沈 世 华 ) . Advances in plant proteomicsJ . A cta Phytoecologica S inica (植 物 生 态 学报 ) ,2004 ,28 (1) :114 - 125 (in Chinese) . 4 WAN G Y

48、 H (王 友 红 ) ,ZHAN G P F(张 鹏 飞 ) ,CHEN J Q (陈 建 群 ) . Disease resistance genes and mechanisms in plant sJ . Chinese B ulle2tin of B otany (植 物 学 通 报 ) ,2005 ,22 (1) :92 - 99 (in Chinese) . 5 MON TESINOS E ,BONA TERRA A ,BADOSA E , FRANC*S J ,AL EMAN Y J ,LOREN TE I , MORA GREGA C. Plant2microbe interac2tions and t he new biotechnological met hods of plant disease controlJ . I nt. Microbiol ,2002 ,5 :169 - 175. 6 WAN G ZH H (王 忠 华 ) ,J IA Y L (贾 育 林 ) ,XIA Y W(夏 英 武 ) . Research advances on molecular mechanism of disease resistance in