玉米种子萌发蛋白质组学研究

本书集中于“玉米种子萌发蛋白质组学”这一专题，汇集了作者近10年的研究成果，同时引用了国内外许多文献资料，从蛋白质组学的角度对玉米种子萌发、盐胁迫对种子萌发的伤害和适应机制以及萌发过程中的蛋白磷酸化问题进行了较全面的阐述，可以说是目前玉米种子萌发蛋白质组学研究方面较为全面的一本书籍。

蛋白质组研究作为后基因组时代生命科学研究的核心内容之一，是生命科学进入后基因组时代的里程碑。近年来，随着大量生物体全基因组序列的获得，特别是人类基因组序列草图的完成，蛋白质组研究技术已被应用到各种生命科学领域，该领域的研究成为21世纪生命科学研究的前沿。分子生物学、生物信息学的迅猛发展以及各种高科技检测手段的不断出现，都赋予蛋白质组学领域新的内涵。蛋白质组学的发展依然存在挑战。无论是从基础研究的观点，还是从解决医学和农学等实际问题的观点出发，蛋白质组学都是一个令人兴奋的领域。
玉米的全基因组测序工作已于2009年11月完成，是目前已测序植物中基因数量较多的物种，并且玉米基因组序列非常复杂，85％的碱基序列是重复的，在玉米的27个自交系中出现了数百万个基因变异，从蛋白质组学的角度来开展玉米的基因功能研究是一个非常好的研究策略。作为重要的粮食和能源作物的玉米，随着全基因组测序的完成，在蛋白质组学方面的研究也得到了一定的发展，已涉及生态、生理生化、遗传、发育等诸多生物学领域。以玉米的根、茎、叶等器官作为蛋白质表达的研究材料已见诸多报道。
种子萌发是植物生长发育过程中的早期阶段，是其个体发育中最为关键的时期。这一发育过程是一系列基因表达的综合体现，涉及一系列复杂的生理生化代谢反应和诸多信号分子的传导。对这一过程分子机制的探讨，一直是现代植物分子生物学研究的重要课题。蛋白质组学的出现和发展，为研究种子萌发机理提供了有效的手段。目前种子萌发的蛋白质组学深入研究主要集中在拟南芥、水稻等少数测序的模式植物上，作为重要遗传学模式植物的玉米在此方面的研究还不是十分深入。开展玉米种子萌发的蛋白质组学分析工作，不仅对探讨玉米萌发的机理、完善种子生物学研究有重要的意义，而且对深入理解复杂基因组植物的分子遗传学特征，推动其基因功能的研究也具有重要价值。
因此，为了全面深入揭示玉米种子萌发的分子机制，本书采取蛋白质组学的方法，对玉米种子萌发过程中胚和胚乳的蛋白质变化分别进行分析，了解它们在萌发过程中生理生化变化和相互间作用的分子机制。并以此为基础，探讨了在萌发过程中NaCl胁迫对玉米种子胚和胚乳蛋白质变化的影响，使我们从时空变化的角度理解了盐胁迫对玉米种子萌发的伤害机制和适应机制。此外，为了深入了解可逆蛋白质磷酸化在种子萌发过程中的作用，书中阐述了利用离线强阳离子交换色谱技术富集蛋白，对萌发的玉米胚进行了广泛的蛋白质磷酸化调查的方法。
本书内容主要包括：蛋白质组学概念、产生背景、研究策略与范畴、常用的研究技术与方法、当前的研究现状与发展趋势、植物种子蛋白质组学研究现状、玉米种子萌发过程胚和胚乳蛋白质变化分析、NaCl胁迫下玉米种子萌发蛋白质变化分析以及玉米种子萌发胚中磷酸化蛋白质鉴定等方面的研究。全书共分六章，第1章由东北农业大学李淑敏老师负责撰写；第2章～第6章由哈尔滨学院孟令波老师负责撰写，全书由孟令波老师负责统稿。
本书集中于“玉米种子萌发蛋白质组学”这一专题，汇集了作者近10年的研究成果，同时引用了国内外文献资料，从蛋白质组学的角度对玉米种子萌发、盐胁迫对种子萌发的伤害和适应机制以及萌发过程中的蛋白质磷酸化问题进行了较全面的阐述，可以说是目前玉米种子萌发蛋白质组学研究方面较为全面的一本书籍，可以为从事分子生物学、蛋白质组学、生物化学、农学等领域的科研、教学人员及研究生提供参考和借鉴。
本书的出版，得到了国家重点研发计划“粮食作物丰产增效资源配置机理与种植模式优化（子课题）—间套作作物地上和地下可塑性与资源高效利用的研究”项目的资助（项目号：2016YFD030020204），在此表示感谢。
鉴于编者学术水平所限，书中不足之处在所难免，衷心期待同行专家和读者批评指正。

著 者   
2021年3月

本书采取蛋白质组学方法，对玉米种子萌发过程中蛋白质组的变化进行分析，在此基础上，探讨了萌发过程中NaCl胁迫对玉米种子蛋白质组的影响，并利用离线强阳离子交换色谱技术富集蛋白，对萌发的玉米胚进行了广泛的蛋白质磷酸化调查，对探讨玉米种子萌发的机理、完善种子生物学研究有重要的意义。全书共分六章，内容包括蛋白质组学概念、产生背景、研究策略与范畴、常用的研究技术与方法、当前的研究现状与发展趋势、植物种子蛋白质组学研究现状、玉米种子萌发过程胚和胚乳蛋白质变化分析、NaCl胁迫下玉米种子萌发蛋白质变化分析以及玉米种子萌发胚中磷酸化蛋白质鉴定等方面的研究。
本书适合农学、生物学等相关学科的研究人员和师生参考。

第1章 绪论	001
1.1 蛋白质组学产生的背景及相关概念	001
1.1.1 蛋白质组学的基本概念	001
1.1.2 蛋白质组学的历史和背景	002
1.1.3 蛋白质组学的特点与难点	003
1.2 蛋白质组学的研究策略与范畴	005
1.2.1 表达蛋白质组学	006
1.2.2 功能蛋白质组学	007
1.2.3 结构蛋白质组学	008
1.2.4 相互作用蛋白质组学	008
1.2.5 蛋白质组与基因组、转录组的相互关系	010
1.2.6 蛋白质组与糖组、代谢组的相互关系	011
1.3 蛋白质组学研究现状及发展趋势	013
1.3.1 农业蛋白质组学研究现状及发展趋势	013
1.3.2 医药蛋白质组学研究现状及发展趋势	019

第2章 蛋白质组学研究方法	022
2.1 蛋白质组学的研究技术	022
2.1.1 蛋白质组提取与样品制备	023
2.1.2 二维凝胶电泳与分析技术	028
2.1.3 图像分析与细胞蛋白质谱的建立	033
2.1.4 生物质谱技术与蛋白质鉴定	036
2.1.5 定量蛋白质组学研究技术	039
2.2 生物信息学在蛋白质组学上的应用	044
2.2.1 蛋白质生物信息学产生、发展及研究内容	044
2.2.2 蛋白质组研究中常用的网站及数据库	046
2.2.3 蛋白质组信息学技术的应用	054

第3章 植物种子蛋白质组学研究	056
3.1 种子蛋白质分类	057
3.2 种子发育过程蛋白质组学研究	057
3.2.1 组织分化阶段的关键蛋白质	058
3.2.2 与胚和胚乳发育相关的蛋白质	058
3.2.3 成熟干燥阶段的关键蛋白质	060
3.3 种子休眠相关蛋白质组学研究	060
3.4 种子萌发蛋白质组学分析及其调控研究	062
3.4.1 吸胀作用相关蛋白质	062
3.4.2 种子DNA和蛋白质的修复及贮存mRNA的作用	064
3.4.3 种子萌发过程中的蛋白质组分析	066
3.4.4 翻译后修饰对种子萌发的控制	068
3.4.5 植物激素对种子萌发的调节	070
3.5 植物种子的活力与保存	076
3.6 植物种子萌发蛋白质组学研究展望	077

第4章 玉米种子萌发过程蛋白质组学研究	079
4.1 蛋白质组学在玉米研究中的应用	079
4.1.1 玉米组织、器官蛋白质组学研究	079
4.1.2 玉米细胞器蛋白质组学研究	084
4.1.3 蛋白质标记玉米遗传作图	085
4.1.4 玉米抗病相关蛋白质组学研究	086
4.1.5 玉米抗逆境胁迫相关蛋白质组学研究	088
4.1.6 玉米蛋白质组学研究展望	089
4.2 玉米种子萌发胚和胚乳蛋白质组学分析	090
4.2.1 玉米种子萌发蛋白质组学分析方法	091
4.2.2 种子萌发胚、胚乳蛋白质变化2-DE分析	095
4.2.3 谱图变化点的蛋白质鉴定	099
4.2.4 玉米种子不同组织中蛋白质变化分析	100
4.2.5 种子萌发过程中贮藏物质的动员	101
4.2.6 参与逆境保护和调节相关蛋白	105
4.2.7 参与蛋白质合成、折叠和稳定的相关蛋白	108
4.2.8 光合固碳作用相关蛋白	109
4.2.9 氨基酸、核酸代谢及其他相关蛋白	111
4.2.10 种子萌发过程中不同组织的蛋白质组比较	112
4.2.11 种子萌发不同阶段的蛋白质组比较	113
4.2.12 种子萌发过程中保护相关蛋白质变化分析	113
4.2.13 种子萌发后幼苗生长筹备蛋白质分析	114

第5章 NaCl胁迫下玉米种子萌发蛋白质组学研究	115
5.1 盐胁迫对植物的影响	115
5.2 植物耐盐性基因	117
5.2.1 与渗透调节物质生物合成有关的基因	117
5.2.2 与自由基和有毒物质清除有关的基因	118
5.2.3 与细胞内离子的转运、平衡及区域化有关的基因	118
5.2.4 与细胞内水分转运和平衡有关的基因	118
5.2.5 与耐盐性相关的分子伴侣有关的基因	118
5.2.6 与盐逆境信号转导相关的调控因子或序列	119
5.3 植物耐盐性蛋白质	119
5.3.1 植物盐胁迫伤害机制的蛋白质组学分析	120
5.3.2 植物耐盐相关蛋白	123
5.4 NaCl胁迫对玉米种子萌发的影响	130
5.4.1 NaCl胁迫对玉米种子萌发能力的影响	131
5.4.2 NaCl胁迫对玉米种子萌发生长指标的影响	133
5.5 NaCl胁迫下玉米种子萌发蛋白质组分析	134
5.5.1 分析方法	134
5.5.2 蛋白质变化的2-DE分析	135
5.5.3 NaCl胁迫对所鉴定蛋白质表达水平的影响	143
5.5.4 NaCl胁迫对种子萌发贮藏产物动员的影响	146
5.5.5 盐胁迫下植物防御相关蛋白及其路径分析	148
5.5.6 盐胁迫下参与蛋白质合成、折叠和稳定的蛋白质分析	151
5.5.7 盐胁迫下光合固碳作用相关的蛋白质分析	152

第6章 玉米种子萌发磷酸化蛋白质组学研究	162
6.1 蛋白质磷酸化	162
6.2 磷酸化蛋白质组学	163
6.3 磷酸化蛋白质组学研究技术	163
6.3.1 磷酸化蛋白质的研究策略	163
6.3.2 磷酸化蛋白质检测	164
6.3.3 蛋白质磷酸化位点的分析	165
6.3.4 蛋白质磷酸化的定量分析	168
6.4 植物磷酸化蛋白质组学研究	169
6.4.1 模式植物磷酸化蛋白质鉴定	169
6.4.2 非模式植物磷酸化蛋白质鉴定	171
6.5 玉米种子萌发胚中磷酸化蛋白质鉴定	172
6.5.1 试验材料及试剂	172
6.5.2 试验方法	173
6.5.3 鸟枪法MS鉴定	174
6.5.4 种子萌发期基因表达水平分析	175
6.5.5 磷酸化蛋白质鉴定	179
6.5.6 鉴定蛋白质功能分析	179
6.5.7 参与DNA修复与整合的相关蛋白	182
6.5.8 转录相关蛋白	183
6.5.9 RNA剪接相关蛋白	183
6.5.10 蛋白质翻译相关蛋白	183
6.5.11 蛋白质分子伴侣	184
6.5.12 在种子萌发中钙调级联作用	184
6.5.13 细胞分裂相关激酶	186
6.5.14 代谢途径相关蛋白	186

参考文献	188