關于大豆種子蛋白質組的研究

沈陽師范大學化學與生命科學學院 趙鐵艷

關于大豆種子蛋白質組的研究

沈陽師范大學化學與生命科學學院 趙鐵艷

大豆是供給人類植物蛋白和油料以及發展可持續農業的重要作物,但由于不適合做遺傳學和基因組學研究的模式系統,其基因組信息尚不豐富。本文，筆者綜述了大豆綜合蛋白質組學和差異蛋白質組學的應用研究,并對大豆蛋白質組學研究進行了展望。

一、大豆綜合蛋白質組分析

1. 大豆種子蛋白質組分析。大豆（學名：Glycine max），中國古稱菽，是一種種子中含有豐富的蛋白質的豆科植物。大豆呈橢圓形或球形，顏色有黃色、淡綠色、黑色等，故又有黃豆、青豆、黑豆之稱。大豆最常用來做各種豆制品、壓豆油、煉醬油和提煉蛋白質。豆渣或磨成粗粉的大豆也常用于禽畜飼料。在中國、日本和朝鮮，豆腐已經吃了幾千年了。大豆加工之后，也可以成為醬油或腐乳。歐美國家現在也開始吃豆腐，但是一般用來代替奶制品。

大豆含有豐富蛋白，其定義為生物體中廣泛存在的一類生物大分子，由核酸編碼的α氨基酸之間通過α氨基和α羧基形成的肽鍵連接而成的肽鏈，經翻譯后加工而生成的具有特定立體結構和活性的大分子。泛指某一類蛋白質時，與前面的限定詞組成復合詞時，一律用“蛋白質”，如血漿蛋白質、纖維狀蛋白質、酶蛋白質等，此時“質”字不得省略(習慣詞除外，新命名者從此)。凡指具體蛋白質時，“質”字可省略，如血紅蛋白、肌球蛋白等。

改進肽指紋技術鑒定了一些先前雙向電泳中已檢測到的蛋白質點,并建立了一種基于自動化處理的高通量分析方法。利用這種方法分析了從雙向凝膠電泳中獲得的96個蛋白質點。利用肽指紋譜鑒定了44種蛋白質點。利用雙向電泳分別在大豆品種Maverick開花后14、21、28、35和42 d分析了其種子蛋白,考慮冗余因素,在422個蛋白點中鑒定出216個獨立的蛋白質,其中共有82個蛋白質與代謝有關, 52個蛋白質點為種子貯藏蛋白β-伴大豆球蛋白(7S)和大豆球蛋白(11S)。

植物蛋白是主要來源于米面類、豆類，但是米面類和豆類的蛋白質營養價值不同。米面類來源的蛋白質中缺少賴氨酸（一種必需氨基酸），因此其氨基酸評分較低，僅為0.3～0.5，這類蛋白質被人體吸收和利用的程度也會差些。

植物性食品的蛋白質。如谷類、豆類、堅果類等常食用的食物蛋白及葉蛋白、單細胞蛋白等。從營養學上說，植物蛋白大致分為兩類：一是完全蛋白質，如大豆蛋白質；二是不完全蛋白質，絕大多數的植物蛋白質屬于此類。植物蛋白為素食者飲食中主要的蛋白質來源，可用以制成形、味、口感等與相應動物食品相似的仿肉制品。素食者專食不完全蛋白質，會發生營養缺乏癥，必須兼食大豆蛋白質。

含植物蛋白最豐富的是大豆。大豆蛋白肉是以優質大豆為原料，通過加熱、擠壓、噴噪等工藝過程把大豆蛋白粉制成大小、形狀不同的瘦肉片狀植物蛋白，其之所以被稱為“蛋白肉”，是由于其蛋白質的含量遠遠高于一般動物肉類，而且食感、結構、色澤、韌性均與動物肉近似。據測定其蛋白質的含量為豬、牛瘦肉蛋白質的2～3倍，經衛生部門的鑒定，無毒無害，是一種綠色、安全、保健食品。由于其含脂低，是高血壓、冠心病、糖尿病人的理想食品，涼拌、燒、炒皆宜，味道鮮美可口，長期食用可增強體質，有益于身體健康。

2. 大豆其他器官的蛋白質組分析。首先分析了大豆根瘤細胞溶質的蛋白質組,發展了大豆根瘤細胞溶質蛋白質分離方法,該法極大地提高了雙向電泳中蛋白質的分辨率。其中最豐富的蛋白質被選來做質譜分析。被鑒定的蛋白質可按功能分為:C代謝28%,N代謝12%,活性氧代謝12%以及囊泡運輸11%。前三類被認為是共生生物固氮過程的生理功能。與囊泡運輸有關的一系列蛋白質說明細胞膜組分與生物大分子之間的交換很活躍。在69個被鑒定的蛋白質中有些是糖酵解途徑中三碳糖部分的酶,進一步研究表明該酶在蔗糖合成途徑中給類細菌提供蘋果酸，并建立了一張大豆根毛細胞蛋白質參考圖譜。

二、大豆差異蛋白質組分析

1. 大豆種子差異蛋白質組分析。利用蛋白質組學分析方法研究了野生型(Glycine soja)和栽培型(Glycinemax)大豆種子貯藏蛋白的差異。蛋白質組方法被用來分離、鑒定和比較2種主要的蛋白質,β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白,在野生型和栽培種大豆種子之間的差異。利用雙向電泳和3種不同的IPG膠條有效的分離一系列高豐度和低豐度貯藏蛋白。在pH3～10時大部分β-伴大豆球蛋白亞基能很好地分離,而pH范圍為4～8和6～11時能分別分離大豆球蛋白酸性和堿性多肽鏈。雖然2種基因型的蛋白點在pH 3～10時整體分布圖譜具有相似性,但蛋白點的數量和強度變化在聯合利用pH 4～7和pH 6～11膠條時分辨率要好些。在野生型和栽培型大豆中分別檢測到44和34個貯藏蛋白點。運用蛋白質組學方法比較研究3個野生大豆和3個栽培大豆的種子貯藏蛋白差異情況。結果發現,表達量變化2. 5倍以上的點有10個,其中大部分蛋白質僅在栽培大豆中檢測到,利用MALDITOF-MS鑒定出5個蛋白質,主要是與大豆抗性、抗營養以及種子萌發相關的蛋白質,包括大豆血凝素,種子成熟蛋白PM24,糖結合蛋白,胰蛋白酶抑制劑p20以及成熟多肽。

2. 大豆雄性不育差異蛋白質組分析。對NJCMS2A和NJCMS2B的二胞花粉期花藥進行蛋白質組比較分析,在分子量18. 4～116. 0 kD、等電點4～7線性范圍內,檢測到約217個蛋白點,其中差異表達蛋白點25個,利用MALDI-TOF-MS對差異表達蛋白進行分析,獲得肽質量指紋圖譜,用Mascot軟件搜索NCBInr數據庫,鑒定出14個差異表達蛋白,其中10個在NJCMS2A中出現而在NJCMS2B中缺失和4個在NJCMS2A中缺失而在NJCMS2B中出現。對熱激蛋白22 kD、半胱氨酸蛋白酶、V型H+-ATP酶A亞基、MADS盒蛋白和淀粉分支酶等主要差異蛋白進 行功能分析,推測不育系NJCMS2A雄性不育性可能與能量代謝紊亂、細胞程序化死亡(PCD)、淀粉合成受抑制和花器官發育調節基因作用失控等有關。

3. 大豆抗逆境差異蛋白質組分析。利用雙向電泳系統的研究了紫外線B對大豆葉片蛋白質組的影響,結果表明高黃酮類含量可在蛋白質組水平降低大豆對紫外線B輻射的敏感性。利用蛋白質組技術研究了大豆處于高溫條件下收獲的種子的活力和蛋白質組成,R5至R8期晝夜溫度為30～37℃的大豆較之晝夜溫度為18～27℃的其單個脂肪酸與總脂肪酸的比率改變、糖濃度降低,但總蛋白和植酸濃度未變。