蛋白质组学技术在果树生殖生物学方面的应用研究进展
摘要： 蛋白质组学伴随后基因组学发展的需要而诞生，其发展迅速。果树生殖生物学的蛋白质组学是近年来的研究热点，对揭示果树生殖发育的分子机制具有重要价值。围绕果树花的发育、果实发育、胚胎发育、体胚发育4个方面阐述了蛋白质组学在果树生殖生物学研究中的应用现状。对蛋白质组学在果树学领域研究中存在的不足进行了讨论，认为分析技术手段的多样化、分析层次的多元化及与其他学科的紧密融合是果树生殖发育蛋白质组学的主要发展趋势。
关键词： 果树； 生殖； 蛋白质组学
植物生殖生物学（Plant Reproductive Biology）是指运用植物解剖学、细胞生物学和分子生物学的手段和方法，研究植物生殖器官和生殖细胞的发生和发育、传粉和受精作用、胚胎发育的问题，探讨植物生殖的机理和植物生殖器官发育的规律[1]。果树植物的生活周期包括了营养生长、开花、授粉受精、胚发育及果实成熟等过程，生殖生物学就是对其生活周期中的生殖行为进行研究的科学，它涉及到除营养生长外的其他过程，具体说主要指对花芽分化、大小孢子的形成及雌雄配子体的发育、果实的发育、种子的成熟等方面的研究[2]。受精作用始终是植物生殖生物学的核心热点问题，而果实作为果树植物最有经济价值的生殖器官，其发育、成熟、品质和代谢途径一直受到果树研究者的重视。
果树生殖生物学是果树生理学的重要组成部分，对其深入研究有助于生产者在栽培过程中进行科学管理，更有助于育种者正确选择与选配杂交亲本，开展果树遗传研究与品种改良[3]。然而近年来世界果树产业的发展态势，暴露出育种环节许多新问题，例如品种的品质性状难以取得突破；病虫害也严重影响了果实的产量和品质；极端恶劣天气如干旱、严寒的发生，对砧木抗性的要求也越来越高。这些问题的出现，导致单纯通过植物解剖学或细胞生物学等手段和方法，已不能使生殖生物学研究为现代果树育种工作提供更广泛的机理性信息，迫切要求人们从基因水平上解析控制果树重要农艺性状的分子机制。全基因组测序数据，为世界果树基因组学的研究奠定了重要的信息基础。但是果树的基因组相对庞大，测序任务进展缓慢，目前所有果树中，仅有葡萄[4]、番木瓜[5]、林丛野草莓[6]、桃[7]、柑橘[8]、苹果[9]和甜橙[10]等完成了测序。桃近年来被认为是蔷薇科果树的模式树种，我国于2010年10月启动了基因组的重测序工作。利用生物信息学方法对全基因组测序结果进行基因注释，开展其重要性状相关基因的发现、克隆、功能验证和进化分析，将有助于从基因水平上分析果实包括色、香、味、成熟期等重要性状，培育更多优良的果树新品种。至此果树学研究跨入了新的功能基因组研究时代，即后基因组时代。蛋白质组学作为功能基因组学的一个重要研究手段，近年来逐渐成为果树生殖生物学研究新的热点。
1 蛋白质组学概念的提出及蛋白质组学的主要研究技术
“蛋白质组（proteome）”的概念最早由澳大利亚科学家Wilkins等于1994年提出，并于1995年7月在《Electrophoresis》杂志上发表[11]。它指的是一个基因、一个细胞或一个组织所表达的全部蛋白质，与基因组相对应，是一个整体的概念。由于从基因到蛋白质存在着转录水平、翻译水平及翻译后修饰等作用的调控，仅从mRNA角度考虑，实际上只包括了转录水平的变化，并不能完全代表蛋白质表达的真实水平[12]。虽然植物mRNA与表达的蛋白质存在相关性，但其相关程度并不高，相关系数常低于0.5[13]，因此，要精确的研究各种基因的功能，还是要回到执行生命功能的蛋白质本身上来，由此产生了一门新的学科——蛋白质组学（proteomics）。蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象，从蛋白质水平入手，整体、动态、定量地去研究正在工作的基因组，是后基因组时代的一个重要组成部分[14-15]。
蛋白质组学主要以分离技术和生物质谱技术为支撑平台，生物信息学为桥梁，对蛋白质表达进行研究分析[16]。近年来，蛋白质组学技术有了长足的发展，其核心三大技术也获得了较大突破：固相化pH梯度胶条即IPG胶条的发明和完善；2种软电离质谱技术的出现；蛋白质双向凝胶电泳图谱数字化和一系列分析软件的问世，极大地促进了蛋白质组学的发展及其在其他学科中的应用。
2 蛋白质组学在果树生殖生物学中的应用
蛋白质组学研究技术具有高通量、全面性和整体性等特点，随着蛋白质组学研究数据的不断积累，方法学的不断创新和突破及各种方法间的整合和互补，给果树生殖生物学分子机理研究带来了新的机遇。
2.1 花发育
花是果树重要的生殖器官。利用蛋白质组学技术研究表明在果树花芽分化、完全花与不完全花的发育及正常成花与成花逆转不同发育时期，蛋白质均存在差异表达，而这些差异表达的蛋白正是导致不同形态花发育的直接原因。
在荔枝雌花发育的大孢子成熟期，蛋白质含量最高[17]。富士苹果树短枝停长后的21～42 d叶芽和花芽的图谱相同，从短枝停长后的第7周开始花芽图谱检测到蛋白点数量有所增加，而叶芽的图谱没有变化，表明花芽分化前后蛋白质代谢复杂，伴随一些蛋白质的消失以及花芽分化的特异蛋白质的出现[18]。果梅完全花与不完全花的蛋白分布相似，在完全花中发现了1个特异蛋白、1个上调蛋白、21个下调蛋白，在不完全花中发现2个特异蛋白，这些蛋白差异点可能与雌蕊的败育有关，对3个特异点及5个差异大的蛋白点进行分析，得到的肽段数据与蛋白质数据库比对发现其中一个蛋白与光敏色素B有关[19]。另外，物质和能量代谢相关蛋白、转录和翻译相关蛋白、次生代谢相关蛋白、调控相关蛋白、抗逆相关蛋白和细胞骨架蛋白可能影响了龙眼花芽的正常发育，进而导致了成花逆转[20]。
2.2 果实发育
果实是被子植物（显花植物）特有的生殖器官，通常在开花授粉之后，以受精的子房为主体而形成。一般果实的发育需要经历从授粉、受精以及相对漫长的果实膨大期直到最后的着色和成熟过程。果实最终成熟是一系列与发育成熟相关基因时空表达以及相互作用的结果，蛋白质组学作为一种技术可以使我们更深入了解果实发育成熟的分子机理[21]。