医学ppt课件大全水稻蛋白质组学的研究进展

水稻蛋白质组学的研究进展 姓名：王琳 学号： D08038 导师：梁建生教授 一、蛋白质组学研究进展一、蛋白质组学研究进展 历史和背景 意义及内容 研究方法 核酸 /基因： 世代遗传 蛋白质： 执行功能 遗传密码 蛋白质三维结构 基因 转录 线性多肽链 （无功能活性） 翻译 生命活动的分子基础生命活动的分子基础 二 十 世 纪 生 物 学 1、历史和背景 转录组 转录本差异数 10 RNA 基因组 基因差异数 1 DNA 蛋白质组 蛋白质差异数 100 PROTEIN 功能执行体遗传信息载体 人类基因组计划揭示了人类和许 多生物体的详细的基因序列 人类基因组： 30亿碱基对， 10 万蛋白质 绝大多数基因是假设性的 -编码 的蛋白质的功能未知 人类基因组计划 （ Human Genome Project） 破译基因组的全部遗传信 利用基因组学信息和生物技术改 善全人类的健康 以全新视点研究 DNA语言 后基因组时代 （ Postgenome era） 蛋白质 组学 功能基因 组学 结构 基因组学 二十一世纪二十一世纪 结构生物学结构生物学人类和其它有机体人类和其它有机体 基因组基因组 世纪之交世纪之交 后基因组时代的宏观和微观生物学后基因组时代的宏观和微观生物学 后基因组时代生命科学研究的新前沿后基因组时代生命科学研究的新前沿 1994年， Wilkins于提出蛋白质组 (proteome)的概念 即 一种细胞、组织或生物体完整基因组所对应的全套 蛋白质。 2001年 2月成立了 人类蛋白质组织 （ Human Proteome Organization， HUPO）。 2003年 12月 15日， 国际人类蛋白质组计划 （ HPP）启 动由贺福初院士牵头的 “人类肝脏蛋白质计划 ” （ HLPP ）首先 启动 2004年，第三届国际人类蛋白质组织大会将全部 年度 奖 项授 予了参与中国领导的 人类肝脏蛋白质组计划 的 四名科学家 。 纪念研究奖 颁给了人类肝脏蛋白质计划 领导者 贺福初 。 基因调控机制的分析 细胞分化与发育 疾病发生与发展 医药靶分子的寻找与分析 2.1 研究意义 2 研究意义及内容 翻译后修饰 相互作用 构象变化 翻译后拼接 移位 胞质 胞核 蛋白质的多样性生命的 “万花筒 ” 2.2 研究内容 蛋白质的表达模式 特定条件下某一细胞或组织的所有蛋白 质的表征问题。即 ： 蛋白质组 组成 的研究， 蛋白质 等电点、分子量及表达量 的测定 , 蛋白质的 修饰加工、转运定位， 蛋白质的 分离、鉴定 即其图谱化。 蛋白质的功能模式 蛋白质与蛋白质 相互作用 蛋白质与其它生物分子的 相互 作用 蛋白质的 结构与功能 关系 功能分析 质谱鉴定 图像分析 染色与扫描 双向凝胶电泳 蛋白质裂解 经典蛋白质组学研究方法 3、 研究方法 3.1 二维聚丙烯酰胺凝胶电泳 固相 pH梯度等电聚焦 （第一维） SDS PAGE 电泳 （第二维） 3.2 图象分析技术 图象 采集 斑点 检测 背景 消减 蛋白质在图谱上的 定位 蛋白质的 计数 蛋白质 差异 表达的检测 （上调、下调或出现、消失） 图象扫描仪 计算机和 PDQUEST软件 Image analysis 3.3 质谱技术 质谱（ Mass Spectrometry）按 照化合物分子离子 质荷比 （ m/z）大小进 行分离从而确定化合物 分子量 的一种分 析仪器。 Mass Spec Principles Ionizer Sample + _ Mass Analyzer Detector 质谱具有以下特点： （ 1)高灵敏度 ，可测 10-8克以下分子； （ 2)快速 ，数分钟内即可完成测试； （ 3)能分析 分子质量和结构信息 ； （ 4)既可用于 定性 分析，也可用于 定量 分析； （ 5)能有效地与各种 色谱联用 ，如 HPLC MS， GC MS等，用于复杂体系分析。 约翰 芬恩 田中耕一 库尔特 维特里希 “ 发明了对生物大分子的 质谱分析 法 ” 2002年 诺贝尔化学奖 得主： Two basic technologies: 基质辅助激光解吸电离（ MALDI）： MALDI- TOF MS/MS 电喷雾电离（ ESI）： HPLC ESI-MS/MS Electrospray Ionization Matrix-assisted Laser Desorption Ionization MAIDI-TOF ESI-MS/MS MALDI-TOF MS/MS 高通量、高灵敏度和操作简便 优点 不适合分析蛋白质的 混合物 。 缺点 ESI-MS/MS 适合分析蛋白质 混合物 和蛋白质 复合物 。 优点 缺点 较 低 的 高通量 分析 3.4 蛋白质相互作用的方法 酵母双杂交系统法 蛋白质芯片法 噬菌体展示技术 表面等离子体共振技术 3.5 蛋白质组生物信息学 分析和构建双向凝胶电泳图谱 收集、处理、分析、解释及开发 应用数据。 功能 搜索与建立蛋白质组数据库 蛋白名称，其它同 义名称，基因名称 ，来源，物种分类 信息 水稻是世界上主要粮食作物之 一 , 在粮食生产和国民经济中起着极其重要 的作用 单子叶植物研究的模式生物 基因组小，约为 430MB 与其他单子叶植物有共线性 水稻基因组精细图谱已得到全面解析 籼稻和粳稻基因组 “ 工作框架图 ” 的发表 粳稻第 1号和第 4号染色体的全序列 籼稻粳稻基因的 “ 精细结构图 ” 4 蛋白质组学在水稻研究中的应用 4.1 水稻蛋白质组学的研究背景 4.2 水稻蛋白质组学的研究现状 组织器官蛋白质组学 亚细胞水平的蛋白质组学 逆境胁迫的蛋白质组学 激素蛋白质组 学 突变体 蛋白质组学 早期工作集中在对各个器官组织进行蛋 白质 表达谱 的研究，主要目的是建立蛋白质 组 数据库 近年来，快速、大量、系统、全面地研 究水稻的 生长发育过程及其调控机理 取得了 进展。 组织器官蛋白质组学 水稻的 胚、胚乳、根、茎、叶、叶鞘、花药和花粉 等组织器官以及这些组织器官在不同发育阶段的蛋白质 组有了较为深入的研究。 明确各种亚细胞组分的蛋白质 组成 ，相 应蛋白质的亚细胞 定位 信息。 一些特征性亚细胞组分所有蛋白质 结构 功能 的理解； 对新蛋白质 生物学功能 的了解。 亚细胞水平的蛋白质组学 水稻的 核蛋白、质膜蛋白、液泡膜蛋白质、高尔基体膜蛋白质、 线粒体蛋白质、叶绿体蛋白质 已被鉴定 样品 胁迫 表达 上调 下调 功能 水稻幼苗 臭氧胁迫 56个 下调的与 光合作用 相关 水稻幼苗叶鞘 被伤害 48小时 29种 10种 19种 水稻叶鞘 干旱胁迫 12种 10种 2种 与抗逆、细胞构建等作用 有关 三周龄水稻叶 片 干旱胁迫 42种 组成细胞干旱应答途径中与 蛋白质合成、 RNA合成、光合 作用和碳代谢、抗氧化等相 关的蛋白质 水稻花粉发育早 期阶段的花药 低温胁迫 47个 11个 水稻小苗叶片 低温胁迫 65个 31个 未知的低温响应蛋白 逆境胁迫的蛋白质组学 分离 新的蛋白及基因 深入了解水稻对 环境胁迫的适应 机制 样品 激素 特异 表达 上 调 下 调 功能 水稻根 ABA 3个 2个属于胚胎后期丰富 蛋白 (LEA)的 2组和 3组 水稻叶鞘 赤霉素 33个 21 个 12 个 30多个基因的产物与 赤霉素相关 水稻的幼 苗 外源茉莉 酸 12种 10 种 2种 引起与植物自我防御 机制有关的基因在茎 、叶组织中的特异性 表达 激素蛋白质组 学 植物激素的 信号传导 激素 调控 作用机理 样品 特异 表达 上调 下调 功能 水稻绿苗和白化 苗 抗坏血酸过氧化酶在白 化苗中起细胞保护功能 温敏失绿突变体 蛋白 P1与叶绿素代谢密 切相关 不育和可育花药 几丁质酶， 酸性磷酸酶 ，谷蛋白前 体， 谷氨酸氨 甲酰转移 酶等 cdr2突变体 37个 28个 9个 与防御作用 突变体 蛋白质组学 由基因突变引起的蛋白质表达变化可以揭示 一些植物 生理生态 过程的机制 4.3 水稻蛋白质组学生物信息学 水稻蛋白质组学研究相关的主要网站 : SWISS-2DPAGE数据库中国镜像站点 （ /ch2d/） 水稻蛋白质组数据库 Rice Proteome Database （ http:/gene64.dna.affre.go.jp/rpd/） 水稻花药蛋白质组图谱网站 (http： semele anu edu au 2d 2d htm1 5.1 结论 建立了蛋白质组学的 经典方法 建立了水稻蛋白质组的 数据库 （ 各 组织器官，亚细胞及不同发育期 的双向 电泳图谱） 水稻蛋白质组学研究取得一定进展。 （ 环境胁迫、激素调节 以及水稻 突变体 ） 5、结论与展望 1、提高分离混合蛋白的重复性和分辨率。 低丰度、极性 （酸，碱，大，小，疏水） 蛋白的分离 2、 发展 高通量、高灵敏度、高准确性 的研究 技术平台 3、 水稻蛋白质组的 深入研究 （抗干旱、抗倒伏、抗病毒的新品种） 需要解决问题： 与 分级方法 结合 与精确的 样品制备 方法结合 与 更灵敏，定量更好 的检测方法结合 自动化 水稻 材料和方法 的选用 如何解决问题 The Complete Proteomics Solution Sample Prep Image acquis