关于大豆种子蛋白质组的研究

沈阳师范大学化学与生命科学学院 赵铁艳

关于大豆种子蛋白质组的研究

沈阳师范大学化学与生命科学学院 赵铁艳

大豆是供给人类植物蛋白和油料以及发展可持续农业的重要作物,但由于不适合做遗传学和基因组学研究的模式系统,其基因组信息尚不丰富。本文，笔者综述了大豆综合蛋白质组学和差异蛋白质组学的应用研究,并对大豆蛋白质组学研究进行了展望。

一、大豆综合蛋白质组分析

1. 大豆种子蛋白质组分析。大豆（学名：Glycine max），中国古称菽，是一种种子中含有丰富的蛋白质的豆科植物。大豆呈椭圆形或球形，颜色有黄色、淡绿色、黑色等，故又有黄豆、青豆、黑豆之称。大豆最常用来做各种豆制品、压豆油、炼酱油和提炼蛋白质。豆渣或磨成粗粉的大豆也常用于禽畜饲料。在中国、日本和朝鲜，豆腐已经吃了几千年了。大豆加工之后，也可以成为酱油或腐乳。欧美国家现在也开始吃豆腐，但是一般用来代替奶制品。

大豆含有丰富蛋白，其定义为生物体中广泛存在的一类生物大分子，由核酸编码的α氨基酸之间通过α氨基和α羧基形成的肽键连接而成的肽链，经翻译后加工而生成的具有特定立体结构和活性的大分子。泛指某一类蛋白质时，与前面的限定词组成复合词时，一律用“蛋白质”，如血浆蛋白质、纤维状蛋白质、酶蛋白质等，此时“质”字不得省略(习惯词除外，新命名者从此)。凡指具体蛋白质时，“质”字可省略，如血红蛋白、肌球蛋白等。

改进肽指纹技术鉴定了一些先前双向电泳中已检测到的蛋白质点,并建立了一种基于自动化处理的高通量分析方法。利用这种方法分析了从双向凝胶电泳中获得的96个蛋白质点。利用肽指纹谱鉴定了44种蛋白质点。利用双向电泳分别在大豆品种Maverick开花后14、21、28、35和42 d分析了其种子蛋白,考虑冗余因素,在422个蛋白点中鉴定出216个独立的蛋白质,其中共有82个蛋白质与代谢有关, 52个蛋白质点为种子贮藏蛋白β-伴大豆球蛋白(7S)和大豆球蛋白(11S)。

植物蛋白是主要来源于米面类、豆类，但是米面类和豆类的蛋白质营养价值不同。米面类来源的蛋白质中缺少赖氨酸（一种必需氨基酸），因此其氨基酸评分较低，仅为0.3～0.5，这类蛋白质被人体吸收和利用的程度也会差些。

植物性食品的蛋白质。如谷类、豆类、坚果类等常食用的食物蛋白及叶蛋白、单细胞蛋白等。从营养学上说，植物蛋白大致分为两类：一是完全蛋白质，如大豆蛋白质；二是不完全蛋白质，绝大多数的植物蛋白质属于此类。植物蛋白为素食者饮食中主要的蛋白质来源，可用以制成形、味、口感等与相应动物食品相似的仿肉制品。素食者专食不完全蛋白质，会发生营养缺乏症，必须兼食大豆蛋白质。

含植物蛋白最丰富的是大豆。大豆蛋白肉是以优质大豆为原料，通过加热、挤压、喷噪等工艺过程把大豆蛋白粉制成大小、形状不同的瘦肉片状植物蛋白，其之所以被称为“蛋白肉”，是由于其蛋白质的含量远远高于一般动物肉类，而且食感、结构、色泽、韧性均与动物肉近似。据测定其蛋白质的含量为猪、牛瘦肉蛋白质的2～3倍，经卫生部门的鉴定，无毒无害，是一种绿色、安全、保健食品。由于其含脂低，是高血压、冠心病、糖尿病人的理想食品，凉拌、烧、炒皆宜，味道鲜美可口，长期食用可增强体质，有益于身体健康。

2. 大豆其他器官的蛋白质组分析。首先分析了大豆根瘤细胞溶质的蛋白质组,发展了大豆根瘤细胞溶质蛋白质分离方法,该法极大地提高了双向电泳中蛋白质的分辨率。其中最丰富的蛋白质被选来做质谱分析。被鉴定的蛋白质可按功能分为:C代谢28%,N代谢12%,活性氧代谢12%以及囊泡运输11%。前三类被认为是共生生物固氮过程的生理功能。与囊泡运输有关的一系列蛋白质说明细胞膜组分与生物大分子之间的交换很活跃。在69个被鉴定的蛋白质中有些是糖酵解途径中三碳糖部分的酶,进一步研究表明该酶在蔗糖合成途径中给类细菌提供苹果酸，并建立了一张大豆根毛细胞蛋白质参考图谱。

二、大豆差异蛋白质组分析

1. 大豆种子差异蛋白质组分析。利用蛋白质组学分析方法研究了野生型(Glycine soja)和栽培型(Glycinemax)大豆种子贮藏蛋白的差异。蛋白质组方法被用来分离、鉴定和比较2种主要的蛋白质,β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白,在野生型和栽培种大豆种子之间的差异。利用双向电泳和3种不同的IPG胶条有效的分离一系列高丰度和低丰度贮藏蛋白。在pH3～10时大部分β-伴大豆球蛋白亚基能很好地分离,而pH范围为4～8和6～11时能分别分离大豆球蛋白酸性和碱性多肽链。虽然2种基因型的蛋白点在pH 3～10时整体分布图谱具有相似性,但蛋白点的数量和强度变化在联合利用pH 4～7和pH 6～11胶条时分辨率要好些。在野生型和栽培型大豆中分别检测到44和34个贮藏蛋白点。运用蛋白质组学方法比较研究3个野生大豆和3个栽培大豆的种子贮藏蛋白差异情况。结果发现,表达量变化2. 5倍以上的点有10个,其中大部分蛋白质仅在栽培大豆中检测到,利用MALDITOF-MS鉴定出5个蛋白质,主要是与大豆抗性、抗营养以及种子萌发相关的蛋白质,包括大豆血凝素,种子成熟蛋白PM24,糖结合蛋白,胰蛋白酶抑制剂p20以及成熟多肽。

2. 大豆雄性不育差异蛋白质组分析。对NJCMS2A和NJCMS2B的二胞花粉期花药进行蛋白质组比较分析,在分子量18. 4～116. 0 kD、等电点4～7线性范围内,检测到约217个蛋白点,其中差异表达蛋白点25个,利用MALDI-TOF-MS对差异表达蛋白进行分析,获得肽质量指纹图谱,用Mascot软件搜索NCBInr数据库,鉴定出14个差异表达蛋白,其中10个在NJCMS2A中出现而在NJCMS2B中缺失和4个在NJCMS2A中缺失而在NJCMS2B中出现。对热激蛋白22 kD、半胱氨酸蛋白酶、V型H+-ATP酶A亚基、MADS盒蛋白和淀粉分支酶等主要差异蛋白进 行功能分析,推测不育系NJCMS2A雄性不育性可能与能量代谢紊乱、细胞程序化死亡(PCD)、淀粉合成受抑制和花器官发育调节基因作用失控等有关。

3. 大豆抗逆境差异蛋白质组分析。利用双向电泳系统的研究了紫外线B对大豆叶片蛋白质组的影响,结果表明高黄酮类含量可在蛋白质组水平降低大豆对紫外线B辐射的敏感性。利用蛋白质组技术研究了大豆处于高温条件下收获的种子的活力和蛋白质组成,R5至R8期昼夜温度为30～37℃的大豆较之昼夜温度为18～27℃的其单个脂肪酸与总脂肪酸的比率改变、糖浓度降低,但总蛋白和植酸浓度未变。