農(nóng)業(yè)生物蛋白質(zhì)組學(xué)

前言

　　進(jìn)人21世紀(jì)，生命科學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了后基因組時(shí)代，生物體全部蛋白質(zhì)及互作網(wǎng)絡(luò)的核心蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為后基因組時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)之一。蛋白質(zhì)組（proteome）是指一個(gè)細(xì)胞中由整個(gè)基因組表達(dá)和修飾成熟的一整套蛋白質(zhì)，它有時(shí)也被用來(lái)描述細(xì)胞在某一特定時(shí)間所表達(dá)的蛋白質(zhì)的集合。蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）是研究細(xì)胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)的存在及其活動(dòng)方式的科學(xué)，主要研究蛋白質(zhì)表達(dá)水平、氨基酸序列、翻譯后加工和蛋白質(zhì)的相互作用。蛋白質(zhì)組學(xué)研究最基本的目標(biāo)是定性、定量地鑒定一個(gè)細(xì)胞或組織中的全部蛋白質(zhì)及其相互關(guān)系?！　”娝苤?，基因組學(xué)技術(shù)可以明確一個(gè)基因和多個(gè)基因的序列及功能，那么為什么還要有蛋白質(zhì)組學(xué)呢？蛋白質(zhì)組學(xué)與以前的蛋白質(zhì)化學(xué)有什么區(qū)別呢？基因組作為遺傳信息的載體，無(wú)論是在細(xì)胞不同的發(fā)育階段或不同種類的細(xì)胞里都是一樣的，核苷酸的數(shù)量也是明確的，而且基因表達(dá)的各種mRNA彼此之間是孤立、互不干擾的。然而，由于mRNA存在翻譯后的修飾和加工現(xiàn)象以及基因非編碼區(qū)和測(cè)序不準(zhǔn)確等問(wèn)題，基因組基因的數(shù)量實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于蛋白質(zhì)的數(shù)量，也就是說(shuō)，我們只能給出一個(gè)細(xì)胞大致范圍的蛋白質(zhì)數(shù)量。此外，蛋白質(zhì)組學(xué)和蛋白質(zhì)化學(xué)雖然均能研究蛋白質(zhì)的功能和序列，但蛋白質(zhì)組學(xué)是對(duì)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)群的綜合研究，側(cè)重于蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)、群集調(diào)控規(guī)律的研究，對(duì)于蛋白質(zhì)序列的研究更依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)的序列信息；而蛋白質(zhì)化學(xué)主要鑒定單一或少數(shù)蛋白質(zhì)分子的全序列，無(wú)法達(dá)到全息化研究的水平。因此，蛋白質(zhì)組學(xué)不是簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)化學(xué)的提升，也不是傳統(tǒng)的從蛋白質(zhì)到基因功能研究的簡(jiǎn)單回歸，而是生命體全息化研究中的新興學(xué)科。目前開(kāi)展蛋白質(zhì)組學(xué)研究仍需要該物種有比較清晰的基因表達(dá)譜?！　〉鞍踪|(zhì)組學(xué)的研究是一項(xiàng)系統(tǒng)性的、多方位的“組學(xué)”研究模式，不同于以往研究單個(gè)蛋白質(zhì)的“釣魚(yú)”模式。它采用大規(guī)模、高通量、高靈敏度的技術(shù)手段，通過(guò)全局性研究基因組所表達(dá)的所有蛋白質(zhì)在不同時(shí)間與空間的表達(dá)譜和功能譜，全景式地揭示生命活動(dòng)的本質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)成為世界各國(guó)奮力搶占的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。蛋白質(zhì)組學(xué)解決了在蛋白質(zhì)水平上大規(guī)模直接研究基因功能的問(wèn)題，是通過(guò)生化途徑研究蛋白質(zhì)功能的重大突破。它對(duì)現(xiàn)代生命與環(huán)境科學(xué)的介入與貢獻(xiàn)將可能使研究者從核酸時(shí)代逐漸回歸到蛋白質(zhì)時(shí)代，使人們的認(rèn)識(shí)由間接的基因、核酸層次深入到生命的直接執(zhí)行體——蛋白質(zhì)層次，更將蛋白質(zhì)研究推進(jìn)到前所未有的高度。這是基因組計(jì)劃由結(jié)構(gòu)走向功能的必然，是21世紀(jì)生命科學(xué)的重要支柱。

內(nèi)容概要

本書(shū)根據(jù)農(nóng)業(yè)生物的特點(diǎn)，系統(tǒng)介紹了蛋白質(zhì)組學(xué)的基礎(chǔ)理論和研究方法，反映了蛋白質(zhì)組學(xué)研究的最新成果。本書(shū)內(nèi)容主要包括蛋白質(zhì)組學(xué)的基本概念、樣品全息化制備技術(shù)、雙向電泳技術(shù)、生物質(zhì)譜與蛋白質(zhì)鑒定、圖譜分析與生物信息學(xué)等內(nèi)容；同時(shí)結(jié)合基礎(chǔ)理論部分內(nèi)容，收集、整理、選擇了部分國(guó)內(nèi)外蛋白質(zhì)組學(xué)研究在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的最新進(jìn)展，闡明了蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的途徑。為了提高讀者對(duì)本書(shū)的理解，每章后附有思考題。    本書(shū)適用于全國(guó)高等農(nóng)業(yè)院校的農(nóng)學(xué)、植保、園藝、生命科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)，以及綜合性大學(xué)的生物學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)專業(yè)高年級(jí)本科生，同時(shí)可為從事農(nóng)業(yè)領(lǐng)域分子生物學(xué)教學(xué)和研究的教師及科研工作者提供參考。

書(shū)籍目錄

前言第一章  緒論  第一節(jié)  蛋白質(zhì)組學(xué)形成的歷史沿革  第二節(jié)  蛋白質(zhì)組學(xué)的研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線  第三節(jié)  蛋白質(zhì)組學(xué)在系統(tǒng)生物學(xué)中的地位  第四節(jié)  蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)  第五節(jié)  農(nóng)業(yè)生物蛋白質(zhì)組學(xué)的研究現(xiàn)狀與前景  思考題  主要參考文獻(xiàn)第二章  蛋白質(zhì)樣品的全息制備  第一節(jié)  蛋白質(zhì)樣品裂解液成分分析  第二節(jié)  細(xì)胞裂解與蛋白質(zhì)提取  第三節(jié)  蛋白質(zhì)的分離與純化  第四節(jié)  亞細(xì)胞器的分離與蛋白質(zhì)提取  第五節(jié)  蛋白質(zhì)樣品的濃縮、干燥及保存  思考題  主要參考文獻(xiàn)第三章  雙向凝膠電泳  第一節(jié)  雙向凝膠電泳  第二節(jié)  凝膠中蛋白質(zhì)檢測(cè)  第三節(jié)  蛋白質(zhì)印跡  第四節(jié)  圖像采集與后續(xù)分析  第五節(jié)  雙向電泳技術(shù)的局限性和發(fā)展方向  第六節(jié)  雙向電泳中的問(wèn)題與原因分析  第七節(jié)  毛細(xì)管電泳技術(shù)簡(jiǎn)介  思考題  主要參考文獻(xiàn)第四章  蛋白質(zhì)組學(xué)中的液相色譜  第一節(jié)  高效液相色譜  第二節(jié)  反相色譜  第三節(jié)  多維液相色譜  思考題  主要參考文獻(xiàn)第五章  電泳圖譜的圖像分析  第一節(jié)  雙向電泳圖譜分析  第二節(jié)  雙向電泳圖譜分析技術(shù)要點(diǎn)  第三節(jié)  雙向電泳數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)上比較  第四節(jié)  雙向電泳蛋白質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建  思考題  主要參考文獻(xiàn)第六章  生物質(zhì)譜技術(shù)與蛋白質(zhì)鑒定  第一節(jié)  生物質(zhì)譜基本原理  第二節(jié)  質(zhì)譜技術(shù)在鑒定蛋白質(zhì)中的應(yīng)用  思考題  主要參考文獻(xiàn)第七章  蛋白質(zhì)翻譯后修飾的鑒定  第一節(jié)  磷酸化蛋白質(zhì)的鑒定  第二節(jié)  糖基化蛋白的鑒定  第三節(jié)  泛素化蛋白的鑒定  第四節(jié)  其他翻譯后修飾  思考題  主要參考文獻(xiàn)第八章  定量蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)  第一節(jié)  熒光雙向差示凝膠電泳技術(shù)  第二節(jié)  穩(wěn)定同位素代謝標(biāo)記技術(shù)  第三節(jié)  穩(wěn)定同位素的體外標(biāo)記方法  思考題  主要參考文獻(xiàn)第九章  蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用  第一節(jié)  蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的類型與研究意義  第二節(jié)  蛋白質(zhì)互作的分析原理  第三節(jié)  蛋白質(zhì)免疫共沉淀  第四節(jié)  酵母雜交系統(tǒng)  第五節(jié)  噬菌體展示技術(shù)  第六節(jié)  蛋白質(zhì)微陣列和芯片技術(shù)  第七節(jié)  串聯(lián)親和純化技術(shù)  第八節(jié)  其他蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用研究技術(shù)簡(jiǎn)介  思考題  主要參考文獻(xiàn)第十章  蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)  第一節(jié)  生物信息學(xué)簡(jiǎn)介  第二節(jié)  主要相關(guān)網(wǎng)站和數(shù)據(jù)庫(kù)  第三節(jié)  通過(guò)序列相似性搜索數(shù)據(jù)庫(kù)  第四節(jié)  質(zhì)譜識(shí)別蛋白質(zhì)方法  思考題  主要參考文獻(xiàn)第十一章  蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在作物科學(xué)研究中的應(yīng)用  第一節(jié)  作物蛋白質(zhì)組學(xué)研究的技術(shù)特點(diǎn)  第二節(jié)  作物遺傳多樣性分析  第三節(jié)  作物器官與發(fā)育生物學(xué)  第四節(jié)  作物不育性機(jī)理  第五節(jié)  作物遺傳作圖  第六節(jié)  作物抗病相關(guān)蛋白  第七節(jié)  作物抗脅迫相關(guān)蛋白  思考題  主要參考文獻(xiàn)第十二章  蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在動(dòng)物科學(xué)研究中的應(yīng)用  第一節(jié)  動(dòng)物蛋白質(zhì)組學(xué)研究的特點(diǎn)  第二節(jié)  畜禽、昆蟲(chóng)遺傳多樣性  第三節(jié)  畜禽、家蠶生殖與發(fā)育  第四節(jié)  家蠶、害蟲(chóng)免疫與抗逆生理  第五節(jié)  畜禽產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)性狀  第六節(jié)  畜禽疾病生理  第七節(jié)  水生生物疾病生理  思考題  主要參考文獻(xiàn)第十三章  蛋白質(zhì)組學(xué)在微生物研究中的應(yīng)用  第一節(jié)  微生物蛋白質(zhì)組學(xué)研究的技術(shù)特點(diǎn)  第二節(jié)  生物防治微生物作用機(jī)理  第三節(jié)  植物病原微生物致病相關(guān)蛋白的鑒定  第四節(jié)  食源性病原微生物相關(guān)蛋白的鑒定  第五節(jié)  微生物固氮相關(guān)蛋白  第六節(jié)  微生物環(huán)境脅迫相關(guān)蛋白的鑒定  第七節(jié)  微生物降解農(nóng)業(yè)廢棄物與農(nóng)化物質(zhì)相關(guān)蛋白的鑒定  思考題  主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒論　　第一節(jié)　蛋白質(zhì)組學(xué)形成的歷史沿革　　一、什么是蛋白質(zhì)組和蛋白質(zhì)組學(xué)　　隨著20世紀(jì)90年代后期人類基因組測(cè)序工作的完成，人們意識(shí)到僅了解基因組序列尚不能闡明基因組的功能，更無(wú)從談起揭示這些基因所編碼蛋白質(zhì)的功能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，已有幾十種物種的基因組被測(cè)序，但這些基因中通常有一半以上的基因功能未知，進(jìn)而限制了基因組測(cè)序成果對(duì)人類生命科學(xué)的貢獻(xiàn)。在這種背景下，生命科學(xué)進(jìn)入后基因組時(shí)代成為歷史的必然。所謂后基因組時(shí)代就是從整體上研究生物體基因組的功能，而蛋白質(zhì)組學(xué)則是功能基因組的核心?！　〉鞍踪|(zhì)組（proteome）一詞由英文單詞蛋白質(zhì)（protein）的前半部分加上基因組（genome）的后半部分組合而成，是由澳大利亞Macquarie大學(xué)的Wilkins和Williams（1994）最先提出來(lái)的。1995年7月，V.C.Wasinger等在Electrophoresis上首次發(fā)表的蛋白質(zhì)組研究文章中將蛋白質(zhì)組定義為：一個(gè)基因組編碼的全部蛋白質(zhì)。1997年，由M.R.Wilkins和K.L.Williams等撰寫的第一部有關(guān)蛋白質(zhì)組研究的專著《蛋白質(zhì)組研究：功能基因組的前沿》中，將蛋白質(zhì)組定義為：一個(gè)基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。1999年最后一期的Nature雜志將蛋ca質(zhì)組進(jìn)一步定義為：在一個(gè)細(xì)胞整個(gè)生命活動(dòng)中由基因組表達(dá)以及修飾的全部蛋白質(zhì)。目前更為全面的定義為：一個(gè)基因組、一個(gè)細(xì)胞或組織、一種生物體所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)組成、存在形式、活動(dòng)方式及時(shí)空動(dòng)態(tài)?！　⊥ㄟ^(guò)與基因組特點(diǎn)的比較，有助于我們理解蛋白質(zhì)組的概念。與基因組相比，蛋白質(zhì)組具有以下特點(diǎn)。①多樣性。對(duì)于單細(xì)胞或多細(xì)胞生物來(lái)說(shuō)，同一個(gè)個(gè)體的基因組不論是在不同的發(fā)育階段或不同種類的細(xì)胞內(nèi)都是一樣的。然而對(duì)于蛋白質(zhì)組而言，由于蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要執(zhí)行者，因此對(duì)于不同類型的細(xì)胞或同一個(gè)細(xì)胞在不同的活動(dòng)狀態(tài)下，蛋白質(zhì)組的構(gòu)成是不一樣的。任何一個(gè)基因組，都是由不編碼蛋白質(zhì)的核苷酸序列和編碼蛋白質(zhì)的核苷酸序列組成的。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)基因組內(nèi)的基因數(shù)目通常是指可讀框（ORF）的數(shù)目，但目前要準(zhǔn)確確定一個(gè)基因組的0RF數(shù)目是困難的，通常確定了一個(gè)蛋白質(zhì)就肯定了一個(gè)基因，但確定了一個(gè)0RF卻不能肯定它會(huì)有對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。此外，mRNA的剪切和蛋白質(zhì)翻譯后的修飾等均增加了蛋白質(zhì)的多樣性。蛋白質(zhì)存在的形式也是多樣的?！　　?/pre>








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