Proteomic profiling of high glucose primed monocytes identifies cyclophilin A as a potential secretory marker of inflammation in type 2 diabetes

Hyperglycemia is widely recognized to be a potent stimulator of monocyte activity, which is a crucial event in the pathogenesis of atherosclerosis. We analyzed the monocyte proteome for potential markers that would enhance the ability to screen for early inflammatory status in Type 2 diabetes mellitus (T2DM), using proteomic technologies. Monocytic cells (THP-1) were primed with high glucose (HG), their protein profiles were analyzed using 2DE and the downregulated differentially expressed spots were identified using MALDI TOF/MS. We selected five proteins that were secretory in function with the help of bioinformatic programs. A predominantly downregulated protein identified as cyclophilin A (sequence coverage 98%) was further validated by immunoblotting experiments. The cellular mRNA levels of cyclophilin A in various HG-primed cells were studied using qRT-PCR assays and it was observed to decrease in a dose-dependent manner. LC-ESI-MS was used to identify this protein in the conditioned media of HG-primed cells and confirmed by Western blotting as well as ELISA. Cyclophilin A was also detected in the plasma of patients with diabetes. We conclude that cyclophilin A is secreted by monocytes in response to HG. Given the paracrine and autocrine actions of cyclophilin A, the secreted immunophilin could be significant for progression of atherosclerosis in type 2 diabetes. Our study also provides evidence that analysis of monocyte secretome is a viable strategy for identifying candidate plasma markers in diabetes.

Synthesis and supramolecular assembly of the bifunctional borinic acid 1,2-fcB(OH)](2)

Treatment of the chloro-substituted diboradiferrocene derivative 1 with Me3SiOMe and subsequent hydrolysis resulted in formation of the novel organometallic bis(borinic acid) derivative 3. The assembly of 3 into supramolecular structures via hydrogen bonding and reversible covalent boron-oxygen bond formation was explored. Upon crystallization from acetone or THF one-dimensional chains form in which molecules of 3 alternately serve as hydrogen bond donors and acceptors. The additional OH hydrogens that are not involved in hydrogen bonding within the polymeric chains undergo hydrogen bonding to the solvent molecules. Removal of the solvent was achieved at moderate temperature under high vacuum. While the polymeric chains remain intact, in the absence of the solvent as a hydrogen bond acceptor, short contacts to the Cp rings of neighboring polymer strands lead to a network-like structure. At higher temperatures, further dehydration occurs with formation of B-O-B linkages as confirmed by MALDI-TOF mass spectrometry. Oligomers with up to 15 repeating units (30 ferrocenes) were detected.

Comparative proteomic analysis of primordial follicles from ovaries of immature and aged rats

Age related decline in reproductive performance in women is well documented and apoptosis has been considered as one of the reasons for the decline of primordial follicle reserve. Recently we observed a decline in the efficiency of DNA repair ability in aged rat primordial follicles as demonstrated by decreased mRNA levels of DNA repair genes BRCA1 and H2AX. In the present study, a two-dimensional electrophoresis (2DE) proteomic approach was employed to identify differentially expressed proteins in primordial follicles isolated from ovaries of immature (approximate to 20 days) and aged (approximate to 400-450 days) rats. Using MALDI-TOF/TOF MS, we identified 13 differentially expressed proteins (p<0.05) which included seven up-regulated and six down-regulated proteins in aged primordial follicles. These proteins are involved in a wide range of biological functions including apoptosis, DNA repair, and the immune system. Interestingly, the differentially expressed proteins such as FIGNL1 (DNA repair) and BOK (apoptotic protein) have not been previously reported in the rat primordial follicles and these proteins can be related to some common features of ovarian aging such as loss of follicle reserve and genome integrity. The quantitative differences of two important proteins BOK and FIGNL1 observed by the proteomic analysis were correlated with the transcript levels, as determined by semi-quantitative RT-PCR. Our results improve the current knowledge about protein factors associated with molecular changes in rat primordial follicles as a function of aging and our understanding of the proteomic processes involved in degenerative changes observed in aging primordial follicles.

Functional expression and purification of Anabaena PCC 7120 XisA protein

Anabaena PCC 7120 xisA gene product mediates the site-specific excision of 11,278 bp nifD element in heterocysts formed under nitrogen starvation conditions. Although XisA protein possesses both site-specific recombinase and endonuclease activities, till date neither xisA transcript nor XisA protein has been detected. Gene encoding XisA protein was isolated from plasmid pMX25 and overexpressed in Escherichia coli BL21 DE3 yielding 7.7 mg enzyme per L of growth culture in soluble fraction. His-tagged XisA was purified using Ni-NTA affinity chromatography with 95% recovery. The purified XisA showed a single band on SDS-PAGE with molecular mass of 52 kDa. Identity of XisA was confirmed by MALDI-TOF analysis and functionality of enzyme was confirmed using restriction digestion. A PCR based method was developed to monitor excision by XisA, which displayed near 100% activity in E. coli within 1 h at 37 degrees C on LB under static condition. (C) 2015 Elsevier Inc. All rights reserved.

Structural characterization and in vitro biomedical activities of sulfated chitosan from Sepia pharaonis

A low molecular weight sulfated chitosan (SP-LMWSC) was isolated from the cuttlebone of Sepia pharaonis. Elemental analysis established the presence of C, H and N. The sulfation of SP-LMWSC was confirmed by the presence of characteristic peaks in FT-IR and FT-Raman spectra. The thermal properties of SP-LMWSC were studied by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. Electrolytic conductivity of SP-LMWSC was measured by cyclic voltammetry and the molecular weight was determined by MALDI-TOF/MS. The molecular structure and sulfation sites of SP-LMWSC were unambiguously confirmed using H-1,C-13, 2D COSY and 2D HSQC NMR spectroscopy. SP-LMWSC exhibited increased anticoagulant activity in avian blood by delaying coagulation parameters and displayed cytostatic activity by inhibiting the migration of avian leucocytes. SP-LMWSC demonstrated avian antiviral activity by binding to Newcastle disease virus receptors at a low titer value of 1/64. These findings suggested that SP-LMWSC isolated from an industrial discard holds immense potentials as carbohydrate based pharmaceuticals in future. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Pharmacological Blockade of Cannabinoid CB1 Receptors in Diet-Induced Obesity Regulates Mitochondrial Dihydrolipoamide Dehydrogenase in Muscle

Cannabinoid CB1 receptors peripherally modulate energy metabolism. Here, we investigated the role of CB1 receptors in the expression of glucose/pyruvate/tricarboxylic acid (TCA) metabolism in rat abdominal muscle. Dihydrolipoamide dehydrogenase (DLD), a flavoprotein component (E3) of alpha-ketoacid dehydrogenase complexes with diaphorase activity in mitochondria, was specifically analyzed. After assessing the effectiveness of the CB1 receptor antagonist AM251 (3 mg kg(-1), 14 days) on food intake and body weight, we could identified seven key enzymes from either glycolytic pathway or TCA cycle-regulated by both diet and CB1 receptor activity-through comprehensive proteomic approaches involving two-dimensional electrophoresis and MALDI-TOF/LC-ESI trap mass spectrometry. These enzymes were glucose 6-phosphate isomerase (GPI), triosephosphate isomerase (TPI), enolase (Eno3), lactate dehydrogenase (LDHa), glyoxalase-1 (Glo1) and the mitochondrial DLD, whose expressions were modified by AM251 in hypercaloric diet-induced obesity. Specifically, AM251 blocked high-carbohydrate diet (HCD)-induced expression of GPI, TPI, Eno3 and LDHa, suggesting a down-regulation of glucose/pyruvate/lactate pathways under glucose availability. AM251 reversed the HCD-inhibited expression of Glo1 and DLD in the muscle, and the DLD and CB1 receptor expression in the mitochondrial fraction. Interestingly, we identified the presence of CB1 receptors at the membrane of striate muscle mitochondria. DLD over-expression was confirmed in muscle of CB1-/- mice. AM251 increased the pyruvate dehydrogenase and glutathione reductase activity in C2C12 myotubes, and the diaphorase/oxidative activity in the mitochondria fraction. These results indicated an up-regulation of methylglyoxal and TCA cycle activity. Findings suggest that CB1 receptors in muscle modulate glucose/pyruvate/lactate pathways and mitochondrial oxidative activity by targeting DLD.

Caracterização de Bacilos Gram-Negativos Não Fermentadores não usuais em bacteremias pelas técnicas de Matrix-Assisted Laser Desorption IonizationTime of Flight Mass Spectrometry, sequenciamento de DNA e método fenotípico convencional

Alguns Bastonetes Gram-negativos não fermentadores (BGNNF) costumam ser considerados clinicamente pouco significantes e a sua implicação em infecções é subestimada. Devido à similaridade fenotípica, mudanças taxonômicas, baixa reatividade bioquímica e limitações nos bancos de dados em sistemas comerciais, a identificação de BGNNF é frequentemente equivocada, culminando com a denominação de diferentes micro-organismos apenas como BGNNF, por falta de melhor diferenciação. O objetivo desse estudo foi avaliar, por métodos fenotípico convencional, proteômico e molecular, a identificação de BGNNF incomuns isolados em hemoculturas de pacientes atendidos em um hospital universitário no Rio de Janeiro. Foram selecionadas 78 amostras isoladas de hemoculturas caracterizadas no laboratório clinico como BGNNF para a identificação por sequenciamento dos genes 16S RNA e recA, por um conjunto amplo de testes fenotípicos manuais e por MALDI-TOF MS. Os micro-organismos predominantes na amostragem foram genotipados pela técnica de eletroforese em gel de campo pulsado (PFGE). Pelo sequenciamento do gene 16S rRNA, a maioria das amostras (n=31; 40%) foi incluída no gênero Burkholderia, seguido de Pseudomonas stutzeri (10%) e Delftia acidovorans (4%). Os demais isolados foram agrupados em 27 diferentes espécies. O sequencimento do gene recA identificou a maioria das espécies de Burkholderia como Burkholderia contaminans (n=19; 24%). Os testes fenotípicos incluíram as 31 amostras apenas no CBc e para as outras 47 amostras, a concordância com o sequenciamento do gene 16S rRNA em nível de espécie foi de 64% (n=30) e apenas em gênero a concordância foi de 17% (n=8). A análise comparativa geral da identificação por MALDI-TOF MS com o sequenciamento do gene16S rRNA mostrou que 42% (n=33) das 78 amostras foram concordantes em nível de espécie e 45% (n=35) apenas em gênero. Excluindo as amostras do CBc, houve um aumento da concordância em nível de espécie para 60%. As discordâncias parecem ser devido às diferenças nos perfis proteicos das amostras em relação às amostras-referência do banco de dados do equipamento e podem ser aprimorados com a atualização de perfis no sistema. A análise do polimorfismo genético de B. contaminans mostrou a ausência de um clone disseminado causando surto, além da provável origem ambiental das infecções. Os setores de nefrologia e hemodiálise contribuíram com maior número de pacientes com amostras positivas (5 pacientes e 9 amostras). Os grupos clonais BcoD e BcoE foram encontrados em pacientes assistidos no mesmo setor com diferença de quatro meses (BcoD, nefrologia) e 1,5 ano (BcoE, hemodilálise), entre as culturas, respectivamente. As discordâncias entre as técnicas ocorreram principalmente devido a dificuldade de identificação das espécies do CBc. Os BGNNF incomuns são de difícil caracterização independente da metodologia usada e nenhum método por si só foi capaz de identificar todas as amostras.

无根萍生物学特性研究

无根萍属（Wolffia ）隶属于浮萍科天南星目，是世界上最小的被子植物。该属植物繁殖速度快;易于培养;结构简单，只具有一个雄蕊和一个雌蕊;自然状态下通常为克隆繁殖，遗传结构高度一致，具备特定研究目的模式植物的特点，正在或已经成为一些实验室研究光合作用、生物反应器、毒理学、生态修复和环境监测等的重要模式生物材料;同时还被作为建造航天生活仓和地外生命支撑系统的首选植物。该属植物蛋白含量高且氨基酸组分平衡，营养价值可与大豆相媲美。但该属植物一直是分类学界的疑难类群，不同的学者对该属的分类处理比较混乱;其次，对该属的生物地理研究也很不够，尤其是对国产类群的研究;另外，W. globosa 作为该属中国分布的物种，其生理学特性和形态结构发育还缺乏研究。为此，本文通过mat K 基因测序、RAPD 标记等手段，结合野外和室内的长期观测，对其分类和中国的地理分布以及生理学特性进行了研究。针对浮萍科植物作为水生植物，其对重金属和芳香烃衍生物的耐受逆境能力大小，和对淡水水体环境生态的指示作用。本文研究了W. globosa 具解毒功能的谷胱甘肽转硫酶的活性;最后，探索了从黄鳝（Monpterus albus Zuiew ）中分离纯化GSTs 的技术与方法并对maGST 的部分特性进行了研究。主要研究结果如下： 1. Wolffia 系统分类学研究 前人认为，Wolffia 柱头的颜色是重要的分组、分种检索性状。我们对其长期、活体、原位、实时跟踪观测结果表明，柱头颜色是Wolffia 个体发育上的变化过程，不是一个稳定性状，用作Wolffia subgroup 内组的划分特征和种的鉴别特征是不适合的。在此基础上我们重新修定了该属的分种检索表。利用形态分类学性状——气孔、长/宽、高/宽以及最大宽度在水面上还是水面下等性状，认为中国分布的类群应是W. globosa，但亦有W. neglecta 存在的证据。mat K 基因片段结果支持形态学的结论。通过广泛的野外采集，在我国北京、河北和吉林发现Wolffia 的新分布。 2. 中国Wolffia 居群遗传学研究 以RAPD 分子标记对广泛分布的居群遗传多样性研究表明，无根萍属植物主要以无性繁殖方式繁育，居群主要由单一克隆后代组成，如海河流域以及松花江流域居群;但一些居群亦兼有性繁殖方式，并具较高的遗传多样性，如武汉、海南居群。利用MVSP, Popgene 和Ntsys 等分析方法探讨了中国产Wolffia 居群遗传多样性和地理分布格局间关系。 3. W. globosa 的生理学研究 建立了较为完善的W. globosa 的无菌培养和保存体系。W. globosa 在逆境中，会形成休眠体;同时，发现不同居群甚至不同克隆系之间其抗逆性和生长速度存在着显著差异，差异最大的如海南文昌居群的生长速率，是长春居群的4.19 倍;不同的时间统计生长周期存在着不同结果，生长节律每天有两个生长高峰呈双“S”型;W. globosa 的耐受温度范围和pH 范围广;低浓度的IAA，GA，6-BA， EDDHA-Fe 以及EDTA 等物质具有促进W. globosa 生长的特性;但是，所有这些处理均没能促使W. globosa 从营养生长转入生殖生长。 4. W. globosa 的解剖学研究 W. globosa 通常是进行克隆繁殖，通过组织切片发现无性分枝子体还未伸出母株之前就已经完成分化，与此同时分枝子体中又分化出新的子体，分枝呈聚伞状，子体生长方向彼此相对;另外，生殖生长结构的分化也是在母体中完成的;生殖生长点与营养生长点不是同一生长点。 5. 浮萍科植物的毒理学研究 以重金属Cr3+和芳香烃衍生物CDNB 溶液处理Wolffia，Spirodela 和Lemna， 三种水生生物，结果表明Wolffia 比Spirodela， Lemna 对重金属和芳香烃衍生物有更强的抗逆能力，如在同等条件下对于Cr3+Wolffia 的半致死剂量800GB(≈ 80mg/L)，而Spirodela 和Lemna 则分别为10mg/L;20mg/L;表明W. globosa 是一个优良的生态环境修复植物。与此同时，研究了W. globosa 中具有解毒功能的GSTs 粗酶液活力在不同浓度的重金属离子（Cu2+和Cd2+）以及芳香烃衍生物（CDNB 和NBD-Cl）随处理时间的变化情况。 6. 从水生生物黄鳝Monpterus albus Zuiew 中分离纯化GSTs 的研究GSTs 活性的变化是环境监测的一个Biomarker，为此研究从M. albus 中分离 纯化GSTs 的技术与方法。经GSH 亲和层析纯化的酶活力为粗酶液的207 倍，进而鉴定了maGST 的部分特性。SDS-PAGE 电泳和MALDI-TOF/MS 表明MaGST 为同源二聚体，分子量约为52kDa，单亚基分子量约为26 kDa。maGST 酶动力学表明对CDNB 为13.07 ± 0.37 微摩尔每分钟每毫克蛋白;对NBD-Cl 为5.54 ± 微摩尔每分钟每毫克蛋白;对ECA、4-NPA 几乎没有活性。在GSH 底物饱和，CDNB 的Km 值和Vmax 分别为0.32 mM 和16.19 微摩尔每分钟每毫克蛋白;CDNB 底物饱和，GSH 的Km 值和Vmax 分别为0.44 mM 和28.83 微摩尔每分钟每毫克蛋白。maGST 的酶活性pH 值较宽，温度范围广：在pH7.0-7.5 具有最大速度，在pH6.5 和pH8.5 时分别具有65%和72%的酶活力;在45℃时具有最大活性，30℃和55℃时为最大活力的80%，60℃几乎完全丧失酶活力。

棕色固氮菌突变株DJ35 中钼铁蛋白和HBP59 蛋白的研究—纯化特性及晶体生长

我们从A. vinelandii突变株DJ35中纯化得到了ΔnifE Av1，并通过与OP Av1相比较对其特性进行了研究。虽然ΔnifE Av1以四聚体形式(α2β2)存在，但却表现出两种天然电泳行为。与OP Av1相比，ΔnifE Av1中的金属含量较低，每个蛋白分子仅含9.96个铁原子、0.36个钼原子。OP Av1和ΔnifE Av1的吸收光谱相似，均在280 nm附近出现蛋白吸收峰，在300-600 nm波长范围内光吸收普遍降低，并无特征峰出现。虽然ΔnifE Av1可见光区域CD谱的摩尔消光系数（Δε）总比OP Av1小，但在520nm区域附近摩尔消光系数减少的相对值明显大于在450nm附近摩尔消光系数减少的相对值。ΔnifE Av1的EPR信号明显与OP Av1不同，在g≈3.7处的EPR信号完全消失，在g≈4.3 和2.0处的EPR信号强度也分别降低了75%和50%以上。ΔnifE Av1不能与Fe蛋白组成活性单位，但被FeMoco激活后可与Fe蛋白组成活性单位。上述结果表明, ΔnifE Av1不含FeMoco，但具有与OP Av1相同的P-cluster。 我们在纯化ΔnifE Av1的过程中，发现一个类似OP Av1的β亚基的污染蛋白，经MALDI-TOF质谱鉴定这种蛋白是棕色固氮菌中一预测基因的产物。通过改进纯化方法, 我们首次得到80%电泳纯的蛋白，并将其命名为HBP59蛋白。HBP59为一单体蛋白，分子量约为59k Da。金属测定结果表明每个蛋白分子中含有0.42个铁原子。HBP59蛋白的可见光谱表现出典型的血红素蛋白光谱特征，还原态的HBP59蛋白在421nm处有最大吸收峰，同时在517nm、556nm处有两个伴随肩峰出现, A421/A280仅为0.146。HBP59蛋白氧化后，吸收峰发生蓝移，最大吸收峰从421nm移到413nm，517nm和556nm处的肩峰消失，A413/A280为0.168。HBP59蛋白的可见光区圆二色谱比较复杂，正峰出现在420nm, 406nm, 379nm 和364nm; 其摩尔消光系数分别为0.75, 0.94, 0.68 和 0.99;负峰出现在433 nm 和392nm，其摩尔消光系数分别为-1.13 和-0.78。血红素滴定实验结果说明每个HBP59蛋白分子结合了0.1个血红素，但每个蛋白分子具有最大结合1个血红素的能力。这低结合能力与这低比率的比率是非常一致的。该蛋白对温度相对敏感，高于40℃蛋白开始沉淀。上述结果说明HBP59是一个结合具有低自旋和不对称的血红素的蛋白，它在菌体内可能并未扮演贮藏血红素的角色，而是可能参与血红素的运输或附着。 此外，经过结晶条件的大量筛选后获得了ΔnifE Av1和ΔnifH Av1的优质小单晶,并对HBP59的晶体培养进行了初步探索。

水稻(Oryza sativa L. ssp japonica)幼苗根质膜蛋白质组分析

根质膜具有重要的生物学功能，它参与了根响应脱落酸（ABA）的一系列活动。尽管已经有很多有关ABA影响根的生长和发育的报道，但是在蛋白质组水平上研究参与ABA信号转导及相关活动的质膜蛋白质的报道还未见到。我们期望利用蛋白质组学技术平台研究外源ABA胁迫下水稻根质膜与ABA功能相关的蛋白质组的变化。 本论文通过双向电泳（2DE）结合质谱（MALDI-TOF MS 和 MALDI-TOF/TOF MS）分析的方法鉴定了102个质膜相关蛋白质。这些蛋白质功能涉及到跨膜运输（16.2%）、胁迫反应（14.3%）、物质运输（4.8%）、细胞骨架动态变化（5.7%）、细胞壁重建（3.8%）、碳代谢和能量循环（13.3%）、蛋白质代谢（14.3%）、信号转导（18.1%）和其他功能的蛋白质（4.8%），以及未知功能的蛋白质（2.9%）。其中大约30％的蛋白质以同工型的形式存在。在这些鉴定结果中，有10个斑点（代表10种蛋白质）已被报道为质膜特异的蛋白质;68个蛋白质斑点（代表58种蛋白质）是质膜相关蛋白质。其余54个蛋白质斑点（代表42种蛋白质）是首次在水稻根的质膜囊泡中被鉴定出来。 在ABA处理条件下，我们在2DE胶上发现了15个响应ABA调节的蛋白质斑点。9个上调的蛋白质斑点分别代表以下9种蛋白质：vacuolar proton-ATPase A subunit, vacuolar ATPase B subunit、patatin、 Salt-stress root protein RS1、谷氨酰氨合成酶（Glutamine synthetase，GS）、OSR40c1、H+-exporting ATPase （vacuolar ATPase E subunit）、甘油醛-3-磷酸脱氢酶I型（glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase, type I，GADPH）和醛缩酶C-1（aldolase C-1）。6个下调的蛋白质斑点分别代表4种蛋白质：endosperm lumenal binding protein、remorin protein、富含脯氨酸蛋白质（glycine-rich protein，GRP）和蔗糖合成酶（sucrose synthase, SuSy）。其中，OSR40c1和endosperm lumenal binding protein与蛋白质合成相关，从它们与ABA的关系中可以看出，ABA可能抑制了细胞的蛋白质合成。而vacuolar proton-ATPase A subunit、vacuolar ATPase B subunit和 H+-exporting ATPase参与了细胞质pH的调控，ABA致使了细胞质pH的上升。甘油醛-3-磷酸脱氢酶I型、醛缩酶C-1和蔗糖合酶参与了细胞壁的生长发育，ABA的作用可能导致了细胞壁生长发育的延迟。ABA促使Patatin上升，其作用可能与质膜膜脂的降解有关。而ABA的刺激也使谷氨酰氨合成酶的表达显著上升，谷氨酰氨合成酶可以去除细胞内有害的游离NH+4。同时还有未知功能的富含脯氨酸蛋白质（glycine-rich protein，GRP）同样受到ABA的诱导，但具体的功能及其与ABA的关系还要进一步的实验证据。

油菜内源和外源蛋白的表达及环境因素的影响

植物与昆虫的互作关系是个长期进化的过程，虫害给农业生产带来巨大损失。本研究以甘蓝型油菜（Brassica napus）为例，研究了不同环境条件和遗传背景下外源基因的表达与效用，同时利用蛋白质组技术，研究了虫害损伤模拟条件下植物可能存在的内源抗性机制。甘蓝型油菜中转入了人工合成的Bt（Bacillus thuringiensis）杀虫基因，能使植物产生抗虫蛋白抵御虫害。我们在湖北湖南两个实验点进行了大田实验，按植株生长发育的4个不同时期从转基因植株的叶片上采样，研究抗虫蛋白在植物体内的表达动态。植株顶部第三片展开叶的Bt毒蛋白浓度在结荚期前随植物生长而不断增加，而在结荚期出现或增或减的现象。采样叶片的可溶性总蛋白浓度含量一直呈增加的趋势，直到结荚以后出现含量的明显降低。同时，收集了转基因油菜与湘油15号在田间自然杂交形成的杂交后代种子用于栽培，用GFP仪检测杂交后代的绿色荧光蛋白（green fluorescent protein），并用聚合酶链式反应（polymerase chain reaction, PCR）检测并确认带有转基因的杂交植株。为了检测带有转基因的杂交后代油菜中Bt毒蛋白的杀虫效率，用对Bt毒蛋白敏感的试虫品系——初孵棉铃虫幼虫（Helicoverpa armigera）进行杀虫活性检测实验。结果表明，携带Bt基因的杂交湘油及其转基因亲本对试虫的体重增长量均产生了负面影响，可以推断在调查取样的植株生长发育阶段，转基因杂交后代与其转基因亲本植株的杀虫效率没有显著差异。转基因植物及其杂交后代中抗虫蛋白的持续表达及田间带有转基因的自播植物的出现会使害虫产生耐受抗性的潜在可能性增加。 相对于人为增加的抗虫基因，植物在长期对抗昆虫的过程中也进化形成了自我防御机制，能够产生特异的抗性蛋白来应对昆虫的取食。本研究用机械损伤模拟害虫取食，对比了油菜受到物理损伤前后可溶性总蛋白的含量变化并试图通过蛋白质组学技术来检测可能发生变化的蛋白质。Bradford定量测定发现，同一植株同一叶片损伤前后可溶性总蛋白含量差异显著，损伤后蛋白表达量显著增高。蛋白质组双向凝胶电泳及其差异分析显示，损伤前后有8个蛋白质点发生明显的上调或下调。选择其中2个差异蛋白点经过MALDI-TOF质谱鉴定，它们分别是Rubisco小亚基前体以及果糖－1，6－二磷酸醛缩酶和粪卟啉－3－氧化酶的混合物，这些蛋白质在其他植物的抗逆研究中也有报道，它们可能在油菜叶片应答机械损伤过程中对维持植物的生理功能也有重要作用。

假根羽藻不同聚集态捕光色素蛋白复合物（LHC II）的纯化与功能分析

应用温和、非变性的液相色谱层析技术以及蔗糖密度梯度分级分离技术，从假根羽藻类囊体膜直接分离、纯化出5种不同聚集态的光系统II捕光色素蛋白复合物(LHC II)，即LHC II单体、同质三聚体、异质三聚体、寡聚体l和寡聚体2。这种分离、纯化LHC II的方法与传统的等电聚焦(IEF)电泳分离方法相比，具有蛋白质提取条件温和，纯化的蛋白质样品纯度高且数量大等优点，为进一步研究LHC II分子的晶体结构和功能创造了有利的条件。 SDS-PAGE电泳分析和MALDI-TOF质谱分析结果表明，纯化得到的LHC II单体和同质三聚体都具有一种分子量为24.3 kDa的脱辅基蛋白质，而异质三聚体和两种寡聚体除含有这个脱辅基蛋白外，还含有另一种分子量为23 kDa的脱辅基蛋白。 采用室温吸收光谱、低温荧光光谱及园二色(CD)光谱技术对LHC II单体、同质三聚体、异质三聚体、寡聚体l和寡聚体2内的叶绿素组成以及叶绿索之间的能量传递特性进行分析研究表明，在同一条组成LHC II的脱辅基蛋白多肽链上结合着Chl a二聚体，二聚体内的两个Chl a分子之间存在偶极子相互作用。在这5种LHC II亚复合物中均具有Chl a-Chl a相Chl biChl a→ Chl a能量传递途径，其中同质三聚体表现出最高的能量传递效率，而寡聚体的传能效率大大低于单体和三聚体，同时出现Chl a的淬灭现象。当LHC II脱辅基蛋白质高度聚集形成寡聚体时，其蛋白质上结合的Chlb大量减少，引起这两种寡聚体吸能和传能能力的急剧下降。 LHC II单体、同质三聚体、异质三聚体、寡聚体1和寡聚体2的二级结构数据表明，自由堆积的脱辅基蛋白的二级结构以8．折叠构象为主，当LHC II蛋白质有序聚集形成三聚体时，可能每条蛋白质多肽链上的叶绿素结合区域形成两个跨膜a-螺旋，对称排列在脂双层膜内，而非叶绿素结合区则形成一条跨膜a-螺旋。当LHC II蛋白质高度聚集形成寡聚体 时，LHC II蛋白质的二级结构似乎对其上结合着的叶绿素的影响不大，而LHC II寡聚体内蛋白质的高密度聚集引起的更高级的蛋白质相互之间的空间结构可能对叶绿素的影响起主要作用，特别是破坏Chlb结合位点。 依据上述的实验结果推测在类囊体膜内，LHC II可能通过其脱辅基蛋白聚集形式的转换，调控其光能吸收和激发能传递的过程和效率。

水稻幼苗脱黄化过程以及灌浆期茎的蛋白质组学研究

水稻既是我国三大粮食作物之一，又是基因组学研究的模式材料，在生产实践和科学研究中都占有极其重要的地位。基因组学研究取得的巨大成就以前所未有的深度和广度推动了生命科学各个研究领域的飞速发展。水稻基因组的破译是水稻科学研究的重要里程碑，同时也宣告了功能基因组学时代的到来。蛋白质组学是研究细胞内全部蛋白质的动态表达及其相互关系的新兴学科，是功能基因组学研究的重要组成部分和战略制高点。 本论文采用高分辨率的蛋白质双向电泳分离技术和高通量的蛋白质质谱分析技术以及生物信息学等手段，开展水稻灌浆期茎蛋白质组表达模式和水稻幼苗脱黄化过程的比较蛋白质组学研究，探讨茎生长发育规律和水稻应答光信号相关蛋白质及其网络调控机制，是学科前沿与实际应用的有机结合，在科研和生产实践中都具有重要的意义。 首先，分别构建了灌浆期水稻顶端茎段和水稻黄化幼苗的蛋白质组表达谱。并对其中185个目的蛋白点进行了MALDI-TOF/MS分析和数据库检索鉴定。共有149个蛋白质得到了鉴定，蛋白质鉴定的成功率为80.5％。这些被鉴定的蛋白质分属118个基因的表达产物，根据它们功能可以分为13种不同的类别，其中绝大多数为能量产生和代谢以及抗性相关的蛋白质。 在水稻灌浆期顶端茎段表达的蛋白质中，与能量和物质代谢相关的蛋白质例如ATPase、磷酸丙糖异构酶，6－磷酸葡萄糖异构酶等占有很高比例，说明茎段组织中具有很强的代谢活动。与生长发育相关的蛋白质包括beta-tubulins、无机焦磷酸酶（inorganic pyrophosphatase）、液泡质子ATP酶（vacuolar proton-ATPase）以及UDP葡萄糖焦磷酸酶等的大量累积，显示出顶端茎段细胞分裂和生长迅速;同时，贮存多糖和结构多糖也在旺盛合成。G蛋白、GDP释放抑制因子等信号传导蛋白以及苯丙氨酸氨解酶、谷胱苷肽S转移酶（glutathione S-transferase，GST）、抗坏血酸过氧化酶（ascorbate peroxidase，APX）以及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等抗性相关蛋白质在该时期丰度表达，表明在灌浆期水稻顶端茎段能够迅速感受并传递外界信号，从而使得其在遭受胁迫时能够立刻启动抗逆防御系统，最大限度地降低不利环境对种子发育的影响。 在黑暗中萌发和生长的水稻黄化幼苗随着光照时间（0~24小时）的延长，能通过双向电泳后检测到的蛋白质逐渐变少，24小时后趋于稳定，相当于正常光照条件下生长的水稻幼苗蛋白质组表达谱。进一步分析表明，在黄化苗中，分解代谢及能量产生相关的蛋白如丙糖磷酸异构酶、琥珀酰辅酶A连接酶、异戊酰辅酶A脱氢酶与ATPase等的表达量比较丰富;另外，还可能启动了脂肪酸的α氧化分解途径，以供黑暗中生长所需的物质和能量。当黄化幼苗光照后，与光合作用及物质合成相关的一些蛋白质表达量增加，而那些分解代谢相关酶类则有所下降。同时，鸟核苷酸结合蛋白β亚基类似蛋白、20S proteasome以及Bowman Birk trypsin inhibitor等信号传递及抗性相关蛋白随着光照时间的延长而减少，说明黑暗胁迫条件下水稻幼苗启动了相关的抗逆途径。叶绿素合成途径中的蛋白酶胆色素原脱氨基酶和金属鳌合酶在脱黄化过程中表达量有所下降，可能是因为叶绿素合成产物具有反馈抑制作用。 本研究首次利用蛋白质组学方法来解析水稻灌浆期茎蛋白质组表达模式和水稻黄化幼苗响应光因子的蛋白质组变化情况，鉴定了一些有价值的蛋白质，并得到了它们的表达特点和相关数据，为更好地理解水稻顶端茎秆的生长特点和功效、水稻应答黑暗胁迫和光形态建成以及光合作用机理等提供了分子证据。

小麦杂交坏死蛋白质组学研究

小麦杂交坏死是某些小麦杂交种表现出的叶片提前逐渐死亡的现象。它是由两个坏死基因Ne1和Ne2在杂交种中相遇后发生显性互补引起的。坏死从叶片尖端逐渐过渡到叶片基部，从成熟叶片发展到幼嫩叶片。一些严重坏死的F1完成它的生活周期前就在不同的生长阶段死去，无法获得F1种子，这就限制了携带优良性状的亲本的选择和优良基因的交流。另外，小麦杂交坏死是一个独特的研究植物程序性死亡的遗传系统。虽然小麦杂交坏死这种现象已经发现很多年，但其详细的分子机理却仍然未知。对小麦杂交坏死的分子机理进行深入研究将有助于克服小麦杂交利用中杂交坏死的遗传障碍，此外，也为深入研究植物的PCD机理提供可操作靶分子。 本论文采用高通量蛋白质组研究技术对小麦杂交坏死进行了研究。携带坏死基因Ne2的小麦品种Pan555（P）和携带坏死基因Ne2的小麦品种Zheng891（Z）生长发育完全正常，将两个亲本杂交，所得杂交F1代PZF1表现杂交坏死。在小麦生长阶段8，旗叶（Flag leaf）刚刚出现，PZF1的旗叶下第一片叶子（FL-1）还是完全绿色，FL-2叶尖开始有坏死斑出现。在这个阶段，分别将PZF1，P，Z的FL-2叶剪成相等的尖，中，基三段。我们选择的PZF1的FL-2叶，其叶尖段已经有成片的坏死斑出现;中间段零星出现少量坏死斑点;基部段和亲本一样还是完全的绿色，代表坏死进程中的不同阶段。又选PZF1的FL-1和FL-2分别代表杂交坏死启动前和杂交坏死启动后。两个亲本P和Z的FL-2叶的三段及FL-1叶正常，都是完全绿色。 首先分别分析了PZF1，P和Z的FL-2叶的尖、中、基三段的蛋白表达情况。在PZF1的尖、中、基三段共检测到23个差异表达蛋白点。这23个点在两个亲本的尖、中、基三段中的表达丰度没有显著差异（p<0.05），说明这23个蛋白的差异表达不是由于叶段的不同引起，确与杂交坏死相关。对这23个蛋白进行了MALDI-TOF质谱鉴定，其中18个得到成功鉴定。然后对PZF1，P和Z的FL-1叶和FL-2叶的蛋白表达情况进行了分析。与PZF1的FL-1叶比较，在FL-2叶中检测到19个蛋白上调，20个蛋白下调。这39个蛋白的丰度在两个亲本的FL-1和FL-2叶之间没有显著差异，说明这39个蛋白的差异表达不是由于叶位的不同引起，确与杂交坏死相关。对这39个蛋白进行质谱鉴定其中26个得到成功鉴定。 根据被鉴定蛋白的功能及其表达丰度的变化，对这些蛋白在小麦杂交坏死中可能的作用进行了讨论。与PZF1的FL-2叶基部相比，S-腺苷同型半胱氨酸水解酶（S-adenosyl homocysteine hydrolase）在中部极显著（p<0.01）下调，而在中部和尖段之间没有显著差异，保持低丰度不变。腺苷甲硫氨酸3（AdoMet synthase 3）和甲硫氨酸合成酶1（Methionine synthase 1）都在PZF1的FL-2叶尖段上调。甲基化循环中的这3个酶比例的不协调可能会以不同的方式加速细胞老化。 与PZF1的FL-1叶比较，尿卟啉环脱羧酶（Uroporphyrinogen decarboxylase）在FL-2叶中下调，这将引起尿卟啉环III的积累。脂加氧酶（Lipoxygenases）在FL-2叶中上调。尿卟啉环III的积累和脂加氧酶的上调都会引起细胞内活性氧的增加。另外活性氧和脂加氧酶都会使脂发生过氧化作用，进而导致细胞膜完整性受到破坏，最终可能导致细胞死亡。 与基部段比较，在PZF1的FL-2叶的尖段和/或中间段;以及与PZF1的FL-1叶比较，在FL-2叶中，都有很多防御性蛋白的上调，这暗示应对活性氧、脂过氧化、甲基化循环中三个酶比例的不协调等引起的对细胞的破坏作用，细胞可能启动了抗细胞死亡系统来应对这种细胞内部的胁迫。 然而，与基部段比较，一些能量相关蛋白在PZF1的FL-2叶的尖段和/或中间段;以及与PZF1的FL-1叶比较，在FL-2叶中的异常表达可能会以干扰能量循环的方式加速细胞死亡。另外，与FL-2基部段比较，在尖段和/或中间段，以及与PZF1的FL-1比较，在FL-2中，都有一些防御性蛋白、蛋白合成相关的蛋白以及单链DNA结合蛋白下调，它们的变化可能会降低细胞的抵抗力，蛋白合成能力以及DNA修复能力。细胞正常代谢的很多方面都受到干扰从而使PZF1叶细胞最终走向死亡。 本研究中发现了三个甲基化循环中的酶变化，而且S-腺苷同型半胱氨酸水解酶是在坏死进程的较早阶段发生下调，它的变化可能是小麦杂交坏死的一个诱因，这暗示小麦杂交坏死可能是一个表观遗传学事件。另外本研究还发现一些和活性氧，脂氧化等相关的蛋白的变化，而活性氧增加和脂氧化都是细胞凋亡的典型特征。所以本研究为表观遗传细胞凋亡和氧化胁迫细胞凋亡的研究提供了很有价值的信息。

蓝藻应答高 pH 胁迫的亚细胞蛋白质组学研究

蓝藻是迄今地球上发现的最古老、分布最广和最具多样性的光合自养原核生物，其细胞结构简单，具有类似于植物的光合作用，是研究光合作用及其它代谢过程重要的模式生物。由于这类生物起源于远古前寒武纪，但至今依然繁多，在极端寒冷的南北极冰湖和近于沸腾温度的温泉，以及高盐、强碱的极端环境中均有存在,它们在漫长的进化过程中如何应对灾难性环境、针对随时可能遭遇的不同胁迫环境因子形成了怎样的分子适应机制，是近年来倍受关注但仍未诠释的问题之一。由于蓝藻与高等植物叶绿体在进化上密切相关，搞清楚这类生物适应不同胁迫环境因子的分子基础及其作用机制，对从进化的角度理解光合生物与环境相互作用、通过同源性发现作物抗逆育种新靶标，有重要的理论和实践意义。 逆境应答蛋白的表达是细胞对逆境胁迫的主要适应机制之一。在特定的逆境条件下，细胞通常会表达一组蛋白质，用于识别与传递环境胁迫信号、稳定细胞内环境、消除并修复逆境造成的损伤等。因此，逆境应答蛋白的系统鉴定和功能确认，是揭示逆境条件下细胞代谢网络及抗逆性分子机制的关键。单细胞模式蓝藻基因组序列的确定，极大地推动了蓝藻细胞蛋白质组成模式研究，也为系统发掘蓝藻逆境应答蛋白、理解和揭示分子适应机制提供了新的切入点。Synechocystis 6803是第一个完成基因组测序的放氧光合模式生物。由于其具有易培养、可转化、对环境条件变化反应快等优点，以该藻种为材料所展开的逆境应答特别是盐胁迫蛋白质组研究方面已经取得了重要的进展，而对高pH胁迫的蛋白质组研究还鲜有报道。因此，本论文以Synechocystis 6803为材料，从分离纯化的亚细胞组分入手，采用蛋白质组学研究手段，对蓝藻细胞应答高pH胁迫的蛋白质代谢网络进行探讨。利用蔗糖密度离心和水溶性两相分离法相结合的方法，分别获得了对照（pH7.5）和处理（pH11）细胞的质膜、外膜和类囊体膜，并分别构建了包括可溶性蛋白和膜组分的一维和二维蛋白质凝胶电泳图谱。分析结果表明，高pH胁迫下质膜和可溶性蛋白蛋白组分的变化较外膜和类囊体膜蛋白组分更为明显。在考马斯亮兰染色胶上共发现有近110个蛋白点上调或下调表达，其中有82个蛋白点来源于质膜。对质膜蛋白进行的差异荧光标记双向电泳（2-D DIGE）分析结果与考马斯亮兰染色结果基本一致。对质膜上的82个蛋白点进行胶内消化和MALDI-TOF和MALDI-TOF/TOF质谱鉴定，得到了39个不同基因产物，其中25个是上调蛋白，14个是下调蛋白。在这些发生变化的蛋白中，近1/3是ABC型转运蛋白，如3个磷转运蛋白（Sll0679，Sll0683，Sll0684）均在高pH胁迫下明显上调。其它高pH响应蛋白包括参与光合作用（PsaF，Sll0819；CpcA，Sll1578）、呼吸作用（CoxB，Sll0813）以及细胞分裂过程的蛋白（MinD，Sll0289）。还有LexA repressor (Sll1626)和Guanylyl cyclase(Cya2，Sll0646)等起调控作用的蛋白质。此外发现8个高pH胁迫响应蛋白为功能未知的新蛋白。生物信息学预测结果显示，在已鉴定的质膜响应蛋白中有17个蛋白具有信号肽。6个蛋白为具有跨膜域的膜蛋白，其中的3个膜蛋白是首次被证明定位于质膜上，且其表达与高pH胁迫有关。这些研究结果对从分子水平理解蓝藻细胞主动应对高pH胁迫、维护细胞内pH相对稳定机制有重要启示。