水稻蛋白质组学的研究进展

1. 水稻蛋白质组学的研究进展 姓名：王琳 学号：D08038 导师：梁建生教授

2. 一、蛋白质组学研究进展 历史和背景 意义及内容 研究方法

3. 基因 遗传密码 转录 翻译 蛋白质三维结构 线性多肽链（无功能活性） 生命活动的分子基础 核酸/基因：世代遗传 蛋白质：执行功能 1、历史和背景 二 十 世 纪 生 物 学

4. DNA RNA 基因组 转录组 基因差异数 1 转录本差异数 10 PROTEIN 遗传信息载体 功能执行体 蛋白质组 蛋白质差异数 100

5. 人类基因组计划（Human Genome Project） • 人类基因组计划揭示了人类和许多生物体的详细的基因序列 • 人类基因组：~30亿碱基对，~10万蛋白质 • 绝大多数基因是假设性的--编码的蛋白质的功能未知 后基因组时代（Postgenome era） • 破译基因组的全部遗传信 • 利用基因组学信息和生物技术改善全人类的健康 • 以全新视点研究DNA语言

6. 蛋白质组学 结构基因组学 功能基因组学 二十一世纪 后基因组时代的宏观和微观生物学 世纪之交 人类和其它有机体基因组 结构生物学

7. 后基因组时代生命科学研究的新前沿 • 1994年，Wilkins于提出蛋白质组(proteome)的概念－ 即一种细胞、组织或生物体完整基因组所对应的全套蛋白质。 • 2001年2月成立了人类蛋白质组织（Human Proteome Organization，HUPO）。 • 2003年12月15日，国际人类蛋白质组计划（HPP）启动由贺福初院士牵头的“人类肝脏蛋白质计划” （HLPP）首先 启动 • 2004年，第三届国际人类蛋白质组织大会将全部年度奖项授 予了参与中国领导的人类肝脏蛋白质组计划的四名科学家。 纪念研究奖颁给了人类肝脏蛋白质计划领导者贺福初。

8. 2.1 研究意义 2 研究意义及内容 • 基因调控机制的分析 • 细胞分化与发育 • 疾病发生与发展 • 医药靶分子的寻找与分析

9. 生命的“万花筒” 蛋白质的多样性 移位 翻译后修饰 胞质 翻译后拼接 相互作用 构象变化 胞核

10. 2.2 研究内容蛋白质的表达模式 特定条件下某一细胞或组织的所有蛋白质的表征问题。即： 蛋白质组组成的研究， 蛋白质等电点、分子量及表达量的测定, 蛋白质的修饰加工、转运定位， 蛋白质的分离、鉴定即其图谱化。

11. 蛋白质的功能模式 • 蛋白质与蛋白质相互作用 • 蛋白质与其它生物分子的相互作用 • 蛋白质的结构与功能关系

12. 蛋白质裂解 双向凝胶电泳 染色与扫描 图像分析 质谱鉴定 功能分析 3、 研究方法 经典蛋白质组学研究方法

13. 3.1 二维聚丙烯酰胺凝胶电泳

14. 固相pH梯度等电聚焦 （第一维） SDS PAGE 电泳 （第二维）

15. 3.2 图象分析技术 • 图象采集 • 斑点检测 • 背景消减 • 蛋白质在图谱上的定位 • 蛋白质的计数 • 蛋白质差异表达的检测 • （上调、下调或出现、消失）

16. 图象扫描仪 计算机和PDQUEST软件

17. Image analysis

18. 3.3 质谱技术 质谱（Mass Spectrometry）－按照化合物分子离子质荷比（m/z）大小进行分离从而确定化合物分子量的一种分析仪器。

19. Mass Spec Principles Sample + _ Detector Ionizer Mass Analyzer

20. 质谱具有以下特点： （1)高灵敏度，可测10-8克以下分子； （2)快速，数分钟内即可完成测试； （3)能分析分子质量和结构信息； （4)既可用于定性分析，也可用于定量分析； （5)能有效地与各种色谱联用，如HPLC／MS，GC／ MS等，用于复杂体系分析。

21. 2002年诺贝尔化学奖得主： 约翰·芬恩 田中耕一 库尔特·维特里希 “发明了对生物大分子的质谱分析法”

22. Two basic technologies: 基质辅助激光解吸电离（MALDI）： MALDI-TOF MS/MS 电喷雾电离（ESI）： HPLC – ESI-MS/MS Matrix-assisted Laser Desorption Ionization Electrospray Ionization

23. MAIDI-TOF ESI-MS/MS

24. MALDI-TOF MS/MS

25. 优点 高通量、高灵敏度和操作简便 缺点 不适合分析蛋白质的混合物。

26. ESI-MS/MS

27. 优点 适合分析蛋白质混合物和蛋白质复合物。 缺点 较低的高通量分析

28. 3.4 蛋白质相互作用的方法 • 酵母双杂交系统法 • 蛋白质芯片法 • 噬菌体展示技术 • 表面等离子体共振技术

29. 3.5 蛋白质组生物信息学 收集、处理、分析、解释及开发应用数据。 分析和构建双向凝胶电泳图谱 功能 搜索与建立蛋白质组数据库

30. 蛋白名称，其它同义名称，基因名称，来源，物种分类信息蛋白名称，其它同义名称，基因名称，来源，物种分类信息

31. 4 蛋白质组学在水稻研究中的应用 4.1 水稻蛋白质组学的研究背景 水稻是世界上主要粮食作物之一, 在粮食生产和国民经济中起着极其重要的作用 单子叶植物研究的模式生物 基因组小，约为 430MB 与其他单子叶植物有共线性 水稻基因组精细图谱已得到全面解析 籼稻和粳稻基因组“工作框架图”的发表 粳稻第1号和第4号染色体的全序列 籼稻粳稻基因的“精细结构图”

32. 4.2 水稻蛋白质组学的研究现状 • 组织器官蛋白质组学 • 亚细胞水平的蛋白质组学 • 逆境胁迫的蛋白质组学 • 激素蛋白质组学 • 突变体蛋白质组学

33. 组织器官蛋白质组学 • 早期工作集中在对各个器官组织进行蛋白质表达谱的研究，主要目的是建立蛋白质组数据库 • 近年来，快速、大量、系统、全面地研究水稻的生长发育过程及其调控机理取得了进展。

34. 水稻的胚、胚乳、根、茎、叶、叶鞘、花药和花粉等组织器官以及这些组织器官在不同发育阶段的蛋白质组有了较为深入的研究。水稻的胚、胚乳、根、茎、叶、叶鞘、花药和花粉等组织器官以及这些组织器官在不同发育阶段的蛋白质组有了较为深入的研究。

35. 亚细胞水平的蛋白质组学 • 明确各种亚细胞组分的蛋白质组成，相应蛋白质的亚细胞定位信息。 • 一些特征性亚细胞组分所有蛋白质结构功能的理解； • 对新蛋白质生物学功能的了解。

36. 水稻的核蛋白、质膜蛋白、液泡膜蛋白质、高尔基体膜蛋白质、水稻的核蛋白、质膜蛋白、液泡膜蛋白质、高尔基体膜蛋白质、 线粒体蛋白质、叶绿体蛋白质已被鉴定

37. 逆境胁迫的蛋白质组学 分离新的蛋白及基因 深入了解水稻对环境胁迫的适应机制

38. 激素蛋白质组学植物激素的信号传导激素调控作用机理激素蛋白质组学植物激素的信号传导激素调控作用机理

39. 突变体蛋白质组学由基因突变引起的蛋白质表达变化可以揭示一些植物生理生态过程的机制突变体蛋白质组学由基因突变引起的蛋白质表达变化可以揭示一些植物生理生态过程的机制

40. 4.3 水稻蛋白质组学生物信息学 水稻蛋白质组学研究相关的主要网站: • SWISS-2DPAGE数据库中国镜像站点（http://cn.expasy.org/ch2d/） • 水稻蛋白质组数据库Rice Proteome Database （http://gene64.dna.affre.go.jp/rpd/） • 水稻花药蛋白质组图谱网站 (http：／／semele．anu．edu．au／2d／2d．htm1

41. 5.1 结论 5、结论与展望  • 建立了蛋白质组学的经典方法 • 建立了水稻蛋白质组的数据库 • （各组织器官，亚细胞及不同发育期的双向电泳图谱） • 水稻蛋白质组学研究取得一定进展。 • （环境胁迫、激素调节以及水稻突变体）

42. 需要解决问题： 1、提高分离混合蛋白的重复性和分辨率。 低丰度、极性（酸，碱，大，小，疏水） 蛋白的分离 2、发展高通量、高灵敏度、高准确性的研究技术平台 3、水稻蛋白质组的深入研究 （抗干旱、抗倒伏、抗病毒的新品种）

43. 如何解决问题 • 与分级方法结合 • 与精确的样品制备方法结合 • 与更灵敏，定量更好的检测方法结合 • 自动化 • 水稻材料和方法的选用

44. Sample Prep 2D Separation Image acquisition Laboratory workflow system Image analysis MS Automated spot digestion Automated spot picking Automated MALDI spotting The Complete Proteomics Solution

45. 5.2 展望 • 在阐明诸如水稻生长、发育、进化及代谢调控等生命活动的机制 • 为其他禾谷类农作物的功能基因组研究打下坚实的基础。