水稻(Oryza sativa L. sspjaponica)成熟与萌发花粉的蛋白质组学研究

花粉是高度退化的两细胞或三细胞生物体。作为雄配子体，花粉储藏了父本的全部遗传信息，并通过与柱头识别、萌发和花粉管极性生长将精子送到雌性的胚囊中，完成双受精作用。由于花粉在植物有性生殖过程中的特殊作用和花粉管极性生长的独特细胞学过程，几十年来一直被作为研究这一系列精细细胞学过程的模式，但是其中关键事件的分子机制并不十分清楚。 我们利用蛋白质组学技术鉴定了水稻成熟花粉三个不同组分（花粉外被蛋白、花粉外被／细胞壁相关和可释放蛋白、花粉内在蛋白）中表达的共322种蛋白质。其中，参与信号转导(10%)、细胞壁重塑和代谢(11%)、蛋白质代谢(14%)以及糖类和能量代谢(25%)的蛋白质被高度代表。并且很多是首次被在成熟花粉中得到鉴定的具有重要功能的蛋白质，包括蛋白激酶、受体激酶相互作用蛋白、GDP解聚抑制因子、含有C2结构域蛋白质和亲环蛋白等参与信号转导的蛋白质，eIF4A、线粒体加工肽酶、UFD1和AAA+ATP酶等参与蛋白质合成、装配和降解的蛋白质，以及逆糖基化多肽、似纤维素合酶OsCsLF7等参与细胞壁重塑和代谢的蛋白质等。生物信息学分析表明，在我们鉴定的蛋白质中有11%的蛋白质功能未知并且不含有任何已知的功能结构域。另外，我们利用从头测序技术鉴定了5种新蛋白质。这些首次在花粉中被鉴定的蛋白质、未知功能蛋白质和新蛋白质在花粉萌发过程中的生物学功能值得进一步研究。 进而，我们利用比较蛋白质组学技术获得了水稻花粉体外萌发过程中差异表达的160个鉴定结果（代表120种蛋白质），生物信息学分析表明它们隶属于13个功能类群。其中，参与细胞壁代谢（占24%，如UDP-葡萄糖焦磷酸化酶和第三类过氧化物酶）、蛋白质代谢（占11%，如eIF4A和20S蛋白酶体的亚基）、细胞骨架动力学（占8%，如肌动蛋白、微管蛋白和profilin）和胁迫反应（占7%，如抗坏血酸过氧化物酶）以及糖类和能量代谢（占24%）的蛋白质被高度代表。共有94个鉴定结果(73种蛋白质)在花粉萌发过程中表达丰度上调，包括几乎全部参与蛋白质代谢的蛋白质，多数参与细胞骨架动态变化和离子转运的蛋白质，以及部分参与糖类和能量代谢的蛋白质等。并且有53个鉴定结果（41种蛋白质）可能在萌发过程中被释放到培养基中（柱头上），可能参与了柱头细胞和花粉管通道细胞细胞壁的松弛和水解（如第三类过氧化物酶家族成员、多聚半乳糖醛酸酶、1，4-beta-木聚糖酶和一些花粉过敏源蛋白），或者参与了花粉．柱头的信号识别过程（如钙网蛋白和含有C2结构域的蛋白）。有8种传统认为是参与糖类和能量代谢的酶可能在萌发过程中被释放到培养基中（柱头上），如烯醇酶、磷酸丙糖异构酶和磷酸甘油酸激酶。 同时，我们发现在鉴定的成熟花粉表达的蛋白质中，有23%的蛋白质以多个同工型的形式存在，并且有29种蛋白质的多个同工型的表达丰度在萌发过程中发生变化。它们主要参与了细胞壁代谢、糖类和能量代谢、细胞骨架、胁迫反应和离子运输等代谢过程。我们利用荧光染色技术，检测到其中14种蛋白质可能被磷酸化或者糖基化修饰。这意味着由于翻译后修饰形成的同工型蛋白质在花粉萌发和花粉管生长过程中具有重要作用。 总之，我们以水稻为模式研究其成熟花粉和萌发花粉的蛋白质表达特征，首次报道了单子叶植物成熟花粉不同组分中表达的蛋白质及其功能类群特征，并且首次报道了被子植物花粉萌发过程中表达丰度变化蛋白质的功能类群特征，为进一步揭示花粉萌发和花粉管生长的分子机制提供了重要的蛋白质水平信息。

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。

超高产杂交稻Oryza sativa L.光合作用和光抑制特性的研究

较系统地比较研究了超高产杂交稻两优培九培矮64S 93-11和华安3号X07S 紫恢100与多年来大规模推广种植的杂交稻品种汕优63珍汕97A 明恢63的光合生理特性结果表明 1 从苗期到抽穗期超高产杂交稻两优培九和华安3号的净光合速率Pn都比汕优63高而在苗期的午间强光条件下和分蘖期的早晨以及抽穗期的早晚相对弱光条件下其Pn的差别尤为显著说明超高产杂交稻两优培九和华安3号不仅有较高的Pn和较强的抗光抑制能力而且还能充分利用早晨和傍晚较弱的光照条件有效地进行光合作用 2 超高产杂交稻剑叶具有较高的光合色素含量和Chla/b比值同时也具有较高的水分利用效率WUE较高的Chla/b比值表明超高产杂交稻剑叶能够更有效地利用太阳能而较高的WUE则有利于后期节约稻田用水 3 两优培九和华安3号类囊体膜的77K荧光光谱在不同发育时期均高于对照汕优63对其进行Gaussan分析发现这两个超高产杂交稻的反应中心以及天线复合物的发射峰均优于汕优63表明超高产杂交稻具有更强光能吸收能力并且能够将所吸收的光能高效地应用于光合电子传递 4 超高产杂交稻在苗期和分蘖期的净光合速率Pn都明显高于对照可以为群体的扩大后期的生长发育和高产奠定坚实的物质基础 5 三个杂交稻品种抽穗期剑叶的净光合速率相差不大但两优培九和华安3号具有较汕优63高得多的表观量子效率和羧化效率即超高产杂交稻能够高效地利用光能和田间二氧化碳首次提出对光能和二氧化碳的高效利用是两优培九和华安3号高产地重要原因 在对杂交稻净光合速率日变化的研究中发现超高产杂交稻两优培九和华安3号在午间强光条件下具有较对照汕优63更高的净光合速率表明超高产杂交稻具有更强的抗光抑制能力为了研究其光保护机理进一步研究了杂交稻对光抑制的响应结果表明 1超高产杂交稻两优培九和华安3号较对照品种汕优63具有更强的抗光抑制及光保护能力同时在光抑制结束后又能够更迅速地恢复光合功能较强的抗光抑制能力和较高的恢复能力可能是其高产的重要生理原因之一 2光抑制过程中超高产杂交稻叶黄素循环玉米黄素积累速率和积累量都明显高于对照并且在其后的恢复过程中其恢复速率和恢复程度也明显高于汕优63发现叶黄素循环的脱环化作用在光抑制处理30min时即基本接近最大值并未随着光抑制的进一步加重而不断上升认为叶黄素循环在杂交稻光保护中的重要作用可能在于玉米黄素的快速积累对光保护作用的启动 3在对自然条件下光抑制的研究中发现汕优63比超高产杂交稻两优培九和华安3号更容易受到午间光抑制的伤害 4午间光抑制条件下叶黄素循环的玉米黄素Z和环氧玉米黄素A大量积累而叶黄素循环库则没有什么变化认为是叶黄素循环脱环化组分A和Z的积累而不是叶黄素循环库对水稻在中午强光条件下的光保护起重要作用 5在所研究水稻品种的午间光抑制实验中叶绿素荧光的非光化学猝灭系数和叶黄素循环的脱环化状态DES之间没有正比例关系进一步推论环式电子传递可能在杂交稻的光保护中起重要作用 6对用不同试剂处理的杂交稻叶片进行光抑制处理研究发现ASAVDE酶底物其含量可以有效地调节活性处理对杂交稻的抗光抑制能力并没有带来多大改善而DTTVDE酶的特异抑制剂处理也没有使其光抑制大大加重而用DBMIB环式电子传递抑制剂处理则使杂交稻受到比对照强得多的光抑制对qN解析的结果发现强光下qE并未上升反而下降而qT却在光抑制条件下表现出上升现象这些实验结果首次阐明叶黄素循环的热耗散在杂交稻的光保护中不起关键作用而环式电子传递则对于杂交稻的光保护起至关重要的作用其机理可能在于强光条件下环式磷酸化的加剧生成大量ATP用于光破坏的修复作用同时避免类囊体膜的过度酸化从而导致强光下qN的下降这也是光抑制条件下qE下降和qT上升的原因所在此外在研究中发现光抑制处理导致Chla/b比值的上升并且提出这种上升的原因可能在于强光条件下光合系统对LHCII需求减少从而导致对Chlb需求减少最终使得部分Chlb向Chla转化这种转化可能是杂交稻在光抑制条件下的一种保护性响应 7对超高产杂交稻华安3号冠层不同衰老程度叶片的光合功能比较研究的结果表明剑叶的光合功能最强第二叶次之第三叶具有一定的光合功能第四和第五叶则相当衰老基本上丧失光合能力而光合机构的衰老可能始于反应中心的衰老天线系统的衰老要迟于反应中心的衰老叶片衰老进程中Chla和Chlb同步降解但是Chlb先还原为Chla导致Chla/b比值的上升并且认为衰老过程中的这种Chlb的还原是Chlb降解的一个早期的和不可避免的步骤

Effects of microcystins on the growth and the activity of superoxide dismutase and peroxidase of rape (Brassica napus L.) and rice (Oryza sativa L.)

Microcystins are naturally occurring hepatotoxic cyclic heptapeptides produced by some toxic freshwater cyanobacterial species. In this study, crude extract of toxic cyanobacterial blooms from Dianchi Lake in southwestern China was used to determine the effects of microcystins on rape (Brassica napus L.) and rice (Oryza sativa L.). Experiments were carried out on a range of doses of the extract (equivalent to 0, 0.024, 0.12, 0.6 and 3 mug MC-LR/ml). Investigations showed that exposure to microcystins inhibited the growth and development of both rice and rape seedlings, however, microcystins had more powerful inhibition effect on rape than rice in germination percentage of seeds and seedling height. Microcystins significantly inhibited the elongation of primary roots of rape and rice seedlings. Determination of the activities of peroxidase and superoxide dismutase demonstrated that microcystin stress was manifested as an oxidative stress. Using ELISA, microcystins were examined from the extract of exposed rape and rice seedlings, indicating that consumption of edible plants exposed to microcystins via irrigation route may have health risks. Significantly different levels of recovered microcystins between exposed rice and rape seedlings Suggested that there might be different tolerant mechanisms toward microcystins. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

燕麦(Avena sativa L.)的营养成分与保健价值探讨

本文介绍了燕麦(Avena sativa L.)的植物学特性、种植区域及营养价值,并对开发燕麦保健食品进行了探讨.燕麦中含有8种人体必需的氨基酸,各种氨基酸含量不仅很高,而且比较平衡;亚油酸含量占脂肪含量的38.1%～52.0%,磷、铁、维生素B2含量也比较丰富,还含有独有的皂甙素.燕麦中的可溶性纤维β-糊精具有降低血脂、保护肠胃、降低血糖的特殊功效.因此,燕麦作为保健食品有广阔的开发利用前景.

Manipulación de la senescencia de alfalfa (Medicago sativa L.) por ingeniería genética

En plantas forrajeras como la alfalfa, la senescencia foliar produce tanto una pérdida de la biomasa de forraje como una reducción de la calidad del mismo. Una estrategia molecular para retrasar la senescencia mediante la ingeniería genética se basa en la expresión de la secuencia codificante de la isopentenil transferasa (ipt), enzima clave en la biosíntesis de citoquininas. Para lograrlo resulta crítico la utilización de promotores con expresión no constitutiva que permitan la producción sitio-específica y autorregulada de citoquininas. La manipulación de la senescencia constituye un objetivo particularmente atractivo en especies forrajeras. Se transformaron clones de alfalfa con las construcción AtMYB32-ipt, se logró la regeneración de 3 plantas transgénicas, las cuales fueron confirmadas por PCR al amplificar el transgen ipt. La expresión del transgen se confirmó por RT-PCR y a través de la técnica de Southern blot se observó un patrón de inserción múltiple. También se estableció el patrón de expresión de la construcción AtMYB32-gus, la cual se limitó a los tejidos vasculares, con cierta variabilidad de expresión en la parte aérea las plantas. Los fenotipos observados en las plantas AtMYB32-ipt fueron desde plantas normales a plantas que perdieron la dominancia apical con raíces necrosadas en su mayoría. Se evaluó la senescencia foliar a través de bioensayos de hojas de plantas que incorporaron el transgen ipt y plantas que no lo incorporaron, se observó una senescencia foliar retrasada en plantas transgénicas, se cuantificó dicho retraso a través de los contenidos de clorofila a y b, proteínas foliares totales y cambios en el perfil de las proteínas foliares en geles SDS-PAGE (subunidad mayor de Rubisco). Se observó a los 35 días un mayor contenido de clorofila a y b, proteínas foliares y una mayor intensidad de las bandas de la subunidad mayor de Rubisco en las plantas que incorporaron el transgen ipt