蘭玉婷 王雙蕾 李征珍 馮金朝 王曉東，3 石莎

（1. 中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京 100081；2. 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心/城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085；3. 中央民族大學(xué)生物成像與系統(tǒng)生物學(xué)研究中心，北京 100081）

沙冬青屬（Ammopiptanthus）植物是第三紀(jì)古地中海沿岸的孑遺植物，也是西北荒漠生態(tài)系統(tǒng)中唯一超旱生常綠闊葉灌木［1］，該屬僅有新疆沙冬青（A.nanus（M.Pop.）Cheng f.）和蒙古沙冬青（A.mongolicus（Maxim）Cheng f.）2個種。其中，新疆沙冬青被列為國家二級保護(hù)植物（瀕危種），蒙古沙冬青被列為國家三級保護(hù)植物（漸危種）［2］，且2個種遺傳多樣性均較低［3］。沙冬青屬植物大多數(shù)分布于礫質(zhì)或沙質(zhì)黏土的荒漠地帶，能夠在年降水量低于200 mm，蒸發(fā)量2 000-4 000 mm，極端低溫-24.8℃和極端高溫37.7℃的惡劣環(huán)境下正常生長［4］。研究表明，在逆境信號的誘導(dǎo)下，植物可通過一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)相關(guān)抗逆蛋白質(zhì)和基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)整自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化水平來提高對逆境的耐受能力［5］。沙冬青屬植物在長期適應(yīng)惡劣環(huán)境過程中進(jìn)化出較強的耐低溫、耐干旱、耐鹽堿等抗逆能力，對于開展植物抗逆機制和適應(yīng)機制的研究具有重要的生態(tài)價值和科研價值。

隨著基因組計劃的完成，生命科學(xué)進(jìn)入以“組學(xué)”為代表的后基因時代。蛋白質(zhì)組（Proteome）概念由澳大利亞學(xué)者Wilkins等［6］于1994年首次提出，其定義為“一個基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)”，即細(xì)胞或組織或機體在特定時間和空間上表達(dá)的所有蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)從大規(guī)模水平上研究蛋白質(zhì)的特征，進(jìn)而探索蛋白質(zhì)的表達(dá)模式和功能模式。迄今為止，研究蛋白質(zhì)組學(xué)的核心技術(shù)包括雙向電泳（Two-dimensional electrophoresis，2-DE）、質(zhì)譜（Mass spectrometry，MS）和生物信息學(xué)（Bioinformatics）等［7］。除此之外，相對和絕對定量同位素標(biāo)記（Isobaric-tags for relative and absolute quantitation，iTRAQ）［8］、四維正交凝膠電泳系統(tǒng)（Fourdimensional orthogonal electrophoresis system，4-DES）［9］、新型的鄰近催化標(biāo)記分子工具（Pupylation-based interaction tagging，PUP-IT）［10］、基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（Matrix-assisted Laser desorption ionization time of flight MS，MALDI-TOF-MS）［11］、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（Liquid chromatography-tandem MS，LC-MS/MS）［12］等新型蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)推動了定量蛋白質(zhì)組學(xué)、蛋白質(zhì)復(fù)合體以及蛋白質(zhì)相互作用標(biāo)記或網(wǎng)絡(luò)分析的發(fā)展。

植物在生長發(fā)育周期中會受到各種不利環(huán)境因子影響，蛋白質(zhì)不僅通過調(diào)整生理特性直接參與形成新的表型以適應(yīng)環(huán)境變化［13］，還可以在轉(zhuǎn)錄水平和蛋白質(zhì)水平調(diào)控植物逆境脅迫應(yīng)答［14］。因此，蛋白質(zhì)在植物脅迫響應(yīng)中的作用是至關(guān)重要的。利用蛋白質(zhì)組學(xué)方法系統(tǒng)地研究沙冬青屬植物響應(yīng)脅迫時其細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組成及其活動規(guī)律，可以從整體和動態(tài)的蛋白質(zhì)水平上來探討并揭示其對不良環(huán)境條件的適應(yīng)機制和防御機制。

沙冬青屬植物受到非生物脅迫時會通過一系列的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因調(diào)控和蛋白質(zhì)表達(dá)等過程完成對逆境信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)和響應(yīng)。如初始階段：非生物脅迫引起沙冬青屬植物強氧化應(yīng)激和滲透應(yīng)激，誘導(dǎo)應(yīng)激信號觸發(fā)下游信號傳導(dǎo)；馴化階段：基因表達(dá)調(diào)控以及誘導(dǎo)合成特殊蛋白質(zhì)、應(yīng)激蛋白質(zhì)、活性氧清除酶和滲透保護(hù)劑等；最終階段：重建體內(nèi)平衡并保護(hù)和修復(fù)受損蛋白質(zhì)，建立新的細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)（圖 1）。

近年來，以蒙古沙冬青為研究對象利用基因組學(xué)在分子水平研究其響應(yīng)逆境脅迫機制已取得一些重要成果，如Fei等［15］通過miRNAs介導(dǎo)的基因調(diào)控提高了蒙古沙冬青的耐旱性，并鑒定了一些保守和新的非保守miRNAs；Tao等［16］利用Illumina/Solexa測序技術(shù)對蒙古沙冬青轉(zhuǎn)錄組測序并鑒定了一系列cDNA unigenes，促進(jìn)冷應(yīng)激相關(guān)基因的研究。但是，目前對于沙冬青屬植物響應(yīng)逆境脅迫的蛋白質(zhì)組學(xué)研究相對較少。因此，本文主要綜述了沙冬青屬植物對低溫、干旱和鹽堿等非生物脅迫響應(yīng)的蛋白質(zhì)組學(xué)最新研究進(jìn)展，旨在從蛋白質(zhì)組水平為珍稀瀕危沙冬青屬植物抗逆分子機制的研究及保育工作提供一定的參考依據(jù)。

1 沙冬青屬植物對低溫脅迫的響應(yīng)

低溫是影響植物生長發(fā)育和地理分布的重要非生物脅迫因子之一，尤其是對多年生木本植物具有顯著的影響［18］。沙冬青屬植物對低溫的耐受能力是對極端環(huán)境條件長期適應(yīng)的結(jié)果。近年來，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)分析手段的發(fā)展與完善，沙冬青屬植物響應(yīng)低溫脅迫分子機制研究得到進(jìn)一步解析。低溫會影響沙冬青屬植物蛋白質(zhì)表達(dá)豐度的變化。Lu等［19］利用2-DE比較-29℃和-5℃ 2種不同環(huán)境條件下的新疆沙冬青葉片的蛋白質(zhì)組特征，發(fā)現(xiàn)在-29℃極端溫度條件下，沙冬青葉片中共有39個蛋白質(zhì)點表達(dá)豐度發(fā)生了顯著變化，其中19個蛋白質(zhì)點表達(dá)上調(diào)，20個蛋白質(zhì)點表達(dá)下調(diào)。利用MALDI-TOF- TOF鑒定了在2種不同環(huán)境條件下沙冬青葉片中多種差異顯著蛋白質(zhì)，主要包括液泡膜H+-ATPase A1亞基、甘氨酸裂解系統(tǒng)T蛋白質(zhì)等，這些差異蛋白質(zhì)的功能主要涉及光合作用、蛋白質(zhì)合成及生物防御等。

圖1 沙冬青屬植物響應(yīng)非生物脅迫的模式圖（改自Wang等［17］）

低溫脅迫下沙冬青屬植物體內(nèi)會有大量基因表達(dá)，誘導(dǎo)合成冷脅迫響應(yīng)蛋白質(zhì)來抵御不利環(huán)境，如熱穩(wěn)定的抗凍蛋白質(zhì)（Antifreeze proteins，AFPs）、胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白質(zhì)（Late embryogenesis abundant proteins，LEA）等。研究表明，逆境誘導(dǎo)蛋白質(zhì)對于植物適應(yīng)逆境環(huán)境起到保護(hù)作用，可以提高植物耐脅迫能力［20］。一些植物中的熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)和抗凍性有關(guān)［21］，并發(fā)現(xiàn)它們和品種的抗凍性呈現(xiàn)相關(guān)性，可以作為抗凍指標(biāo)［22］。

1994年，F(xiàn)ei等［23］首次分離和部分純化了木本植物蒙古沙冬青高活性的AFPs，其抗凍活性高于魚類及黑麥AFPs活性。隨后研究從蒙古沙冬青分離純化出了含糖基的抗凍蛋白質(zhì)，其二級結(jié)構(gòu)中α-螺旋占11%，反平行β-折疊占34%，無規(guī)則卷曲占55%。植物AFPs與某些魚類的AFPs具有一定的相似性，但植物AFPs可能通過降低過冷點、抑制重晶化以及與其他多種抗寒凍因子協(xié)同響應(yīng)低溫脅迫［24］。Wei等［25］利用雙向電泳 -電泳回收法也進(jìn)行相關(guān)蒙古沙冬青葉片中AFPs分離的研究，獲得AFPs分子量為40 kD，pI為9.0，熱滯活性為0.9℃（20 mg/ml）。經(jīng)研究確定AFPs是一種糖蛋白。AFPs在蒙古沙冬青體內(nèi)廣泛分布且葉片中含量較高，推測可能是維持蒙古沙冬青抗凍性的重要物質(zhì)。在天山高寒區(qū)珠芽蓼（Polygonum viviparumL.）葉片中也發(fā)現(xiàn)具有抗凍活性的糖蛋白，塑造了冰緣植物抵御特殊高寒環(huán)境的抗凍機制［26］。研究表明AFPs是維持蒙古沙冬青和珠芽蓼抗凍性的重要蛋白質(zhì)。

為了揭示沙冬青抗凍蛋白質(zhì)抗凍特性的本質(zhì)以及其熱滯機制，周曉蕾等［27］利用差示掃描量熱法測定了沙冬青葉片的（Differential scanning calorimeter，DSC）曲線，提取沙冬青葉片中的16種蛋白質(zhì)組分直接配置成水溶液進(jìn)行測定。以非抗凍蛋白質(zhì)-牛血清白蛋白質(zhì)（Bovine serum albumin，BSA）溶液為對照組，發(fā)現(xiàn)沙冬青葉片16個蛋白質(zhì)中，非抗凍蛋白質(zhì)的DSC曲線與BSA的DSC曲線十分相似，而抗凍蛋白質(zhì)與對照差別很大。結(jié)果表明，當(dāng)抗凍蛋白質(zhì)體系內(nèi)只含有少量冰晶核（＜5%）時，即接近于自然條件下植物遭遇凍害襲擊時，體內(nèi)部分組織器官開始結(jié)冰初期的真實狀況，此時AFPs發(fā)揮顯著的效應(yīng)起到降低冰點的作用。

為了積極抵御極端低溫環(huán)境，沙冬青屬植物體內(nèi)也會積累起保護(hù)作用的功能性應(yīng)激蛋白質(zhì)LEA，LEA是一類親水性的小分子蛋白質(zhì)。相關(guān)研究從沙冬青葉片EST文庫中獲得了胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白質(zhì)基因AmlEA14，該基因序列全長579 bp，含有1個459 bp的開放閱讀框，編碼152個氨基酸。推測該基因編碼蛋白質(zhì)為第4類LEA蛋白質(zhì)，含有一個比較保守的N2末端區(qū)域，該區(qū)域可形成兼性α-螺旋，構(gòu)成保護(hù)結(jié)構(gòu)域。亞細(xì)胞定位該蛋白質(zhì)為細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)，主要參與沙冬青長期低溫防御機制［28］。上述研究結(jié)果表明，沙冬青屬植物適應(yīng)寒冷沙漠生境的重要分子機制可能就在于這種特殊抗凍蛋白質(zhì)、應(yīng)激蛋白質(zhì)等的存在與作用。

低溫逆境信號也會誘導(dǎo)沙冬青屬植物合成調(diào)控性蛋白質(zhì)，主要調(diào)控寒冷信號的傳導(dǎo)以及相關(guān)抗寒凍基因的表達(dá)，包括一些信號分子和轉(zhuǎn)錄因子等。未馴化植物感受到逆境脅迫信號刺激時會破壞其內(nèi)穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過一系列調(diào)控從而建立新的耐受機制。王紅蕾等［29］以蒙古沙冬青為研究對象，克隆獲得冷休克結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)基因AmCSDP，序列全長540 bp。其編碼的冷休克結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)（Cold shock domain，CSD）是含有不同數(shù)量冷休克結(jié)構(gòu)域的低溫響應(yīng)蛋白質(zhì)。該蛋白質(zhì)含有180個氨基酸，二級結(jié)構(gòu)由8.9%的α-螺旋、47.8%的β-折疊和43.3%的無規(guī)則卷曲組成，N端含有冷休克結(jié)構(gòu)域。

低溫脅迫誘導(dǎo)AmCSDP在蒙古沙冬青中表達(dá)，可能參與低溫信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)控參與植物抗寒力的形成。低溫不僅誘導(dǎo)基因的表達(dá)，還會影響低溫響應(yīng)蛋白質(zhì)的翻譯合成。Cao等［18］分析了蒙古沙冬青erbB-3結(jié)合蛋白1基因AmEBP1的功能表達(dá)，其編碼erbB-3結(jié)合蛋白質(zhì)1（erbB-3bindingprotein1，EBP1）是重要的轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄共調(diào)節(jié)因子，屬于一類新型蛋白質(zhì)。AmEBP1存在于細(xì)胞核中，通過促進(jìn)核糖體的合成及與相關(guān)冷誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子作用以及對下游保護(hù)蛋白質(zhì)的翻譯后修飾來提高低溫脅迫下植物的抗寒性。

生理生態(tài)學(xué)研究表明，低溫會改變能量代謝，即減少酶催化反應(yīng)導(dǎo)致代謝不平衡引起氧化應(yīng)激，使胞內(nèi)活性氧（Reactive oxygen species，ROS）清除酶活性增強。宋春祥等［30］以新疆沙冬青和蒙古沙冬青幼苗為研究材料，在0℃、-5℃和-15℃低溫處理后，兩種沙冬青葉片葉綠體內(nèi)抗氧化酶類，如超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性隨溫度降低呈上升趨勢。郁萬文等［31］研究銀杏（Ginkgo bilobaLinn.）時，同樣發(fā)現(xiàn)低溫脅迫下銀杏葉片SOD和POD活性隨著脅迫強度的加強不斷升高，清除體內(nèi)有毒物質(zhì)，減少銀杏因低溫而造成的傷害。因此，抗氧化酶系統(tǒng)可以作為低溫脅迫評價的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

低溫脅迫下沙冬青屬植物雖然采取積極策略應(yīng)對不良環(huán)境，但低溫也會使參與光合作用的相關(guān)蛋白質(zhì)會受損，不利于植物的光合作用。在0℃、-5℃和-15℃低溫處理后，沙冬青屬植物葉綠素a（Chlorophyll a，Chla） 和 葉 綠 素 b（Chlorophyll b，Chlb）含量顯著降低，而Chla/Chlb比值則呈上升趨勢，Chla/Chlb可反映光系統(tǒng)的核心復(fù)合物與外周天線復(fù)合體對低溫的損傷程度。結(jié)果表明，低溫條件下2種沙冬青外周天線復(fù)合體，尤其是光系統(tǒng)Ⅰ（PhotosystemⅠ，PSⅠ）天線復(fù)合體嚴(yán)重受損，導(dǎo)致光合作用效率降低。

2 沙冬青屬植物對干旱脅迫的響應(yīng)

干旱是限制荒漠植物生長發(fā)育及繁殖的重要的環(huán)境因子。沙冬青屬植物分布區(qū)處于我國荒漠區(qū)的東部及荒漠草原地，所在地生境嚴(yán)酷，氣候干旱［32］。研究表明，當(dāng)植物受到干旱脅迫時會導(dǎo)致細(xì)胞和組織水勢降低［14］，進(jìn)而會引起植物在生理水平、細(xì)胞水平等發(fā)生一系列的變化［33］。

在生理水平上，干旱脅迫會影響沙冬青屬植物碳代謝過程和抗氧化代謝過程。干旱脅迫引起植物葉片氣孔關(guān)閉，二氧化碳攝入量減少，導(dǎo)致光合電子傳遞過程與碳同化之間不平衡，光合作用相關(guān)蛋白質(zhì)受損。何芳蘭等［34］以沙冬青幼苗為研究材料，研究發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下光合作用減弱是由于氣孔限制轉(zhuǎn)變?yōu)榉菤饪紫拗?，?yán)重?fù)p傷了光系統(tǒng)Ⅱ（PhotosystemⅡ，PSⅡ）反應(yīng)中心，PSⅡ是存在于類囊體膜中的多亞基色素蛋白質(zhì)復(fù)合體，引起其光能原初捕捉能力和光能同化率減弱，導(dǎo)致其光合作用能力減弱。

干旱脅迫引起的細(xì)胞代謝失衡也會影響蒙古沙冬青葉片光合作用過程中碳固定酶類的表達(dá)量發(fā)生變化。付晨熙等［35］對蒙古沙冬青葉片組織進(jìn)行模擬干旱處理發(fā)現(xiàn)，干旱處理1 h后，蒙古沙冬青葉片中固定CO2的關(guān)鍵酶（Ribulose-1，5-bisphosphate carboxylase/oxygenase，Rubisco）大亞基表達(dá)量下調(diào)，干旱處理72 h后其表達(dá)量又恢復(fù)到正常水平；而葉綠體中負(fù)責(zé)光合過程碳固定的磷酸丙糖異構(gòu)酶（Triosephosphate isomerase，TIM）表達(dá)量則持續(xù)上調(diào)。

綜上所述，干旱脅迫影響了蒙古沙冬青葉片的光合作用碳代謝過程，但其能夠采取積極的應(yīng)答策略以適應(yīng)逆境脅迫。在生理生化水平上荒漠植物為了抵御環(huán)境脅迫在體內(nèi)也形成了一套抗氧化系統(tǒng)來保護(hù)植物細(xì)胞免受活性氧的氧化損害。劉家瓊等［36］研究發(fā)現(xiàn)，沙冬青在無灌溉條件下POD和過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性均高于有灌溉條件下酶活性，通過抗氧化酶活性升高來適應(yīng)較高干旱脅迫的環(huán)境。也有相關(guān)研究報道干旱脅迫下沙冬青體內(nèi)POD和CAT活性遠(yuǎn)高于中生植物，表明沙冬青在干旱逆境下加強細(xì)胞免于傷害的能力和抗旱性。在荒漠半荒漠地區(qū)優(yōu)勢種超旱生灌木紅砂（Reaumuria soongorica）體內(nèi)POD和CAT活性也隨著干旱脅迫的加劇而顯著提高［37］。

在細(xì)胞水平上，沙冬青屬植物主要通過積累游離氨基酸和產(chǎn)生干旱誘導(dǎo)蛋白質(zhì)來適應(yīng)干旱環(huán)境。干旱脅迫可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的水解和氨基酸的積累，刺激谷氨酸（Glutamic acid，Glu）合成脯氨酸（Proline，Pro）及其化合物，同時抑制其氧化和蛋白質(zhì)的合成［38］。脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，親水性強，具有較強的水合能力［39］。研究表明，在輕微干旱時植物中就可以表現(xiàn)出脯氨酸的積累，如檸條（Caragana korshinskii）、沙拐棗（Calligonum mongolicum）等荒漠植物［40］。

夏晗等［41］通過10%聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）模擬干旱處理下蒙古沙冬青子葉脯氨酸質(zhì)量濃度明顯高于正常條件下子葉脯氨酸的含量。隨后研究從蒙古沙冬青中克隆獲得了脯氨酸轉(zhuǎn)運體基因AmProT，其編碼的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)含有11個跨膜區(qū)域，屬于典型的轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)［42］。

干旱脅迫也會使植物體內(nèi)產(chǎn)生干旱誘導(dǎo)蛋白質(zhì)。干旱誘導(dǎo)蛋白質(zhì)一般分功能性蛋白質(zhì)和調(diào)節(jié)性蛋白質(zhì)兩大類，前者在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮直接保護(hù)作用，包括滲調(diào)蛋白質(zhì)、離子通道蛋白質(zhì)、LEA和代謝酶類等；后者起間接保護(hù)作用，主要參與水分脅迫的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控，包括磷脂酶、蛋白激酶、鈣調(diào)素、G蛋白質(zhì)、轉(zhuǎn)錄因子和一些信號分子等［43-44］。Guo等［45］研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下沙冬青鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白基因AmCBl1表達(dá)量上調(diào)來提高抗旱性，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白質(zhì)（Calcineurin B-like proteins1，CBl1）與其下游的激酶（CBl-interacting protein kinase，CIPK）共同組成信號通路在植物應(yīng)答生物和非生物脅迫中發(fā)揮重要作用。隨后研究分離純化了沙冬青CBl1蛋白質(zhì)，表明三體蛋白質(zhì)可能是沙冬青CBl1發(fā)揮功能的單位［46］。由此可見，沙冬青感受環(huán)境脅迫刺激后，通過一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活下游的信號傳遞體，使其盡可能快地對逆境做出反應(yīng)，增加其抗旱性。

干旱環(huán)境還會誘導(dǎo)植物產(chǎn)生一種特殊脫水蛋白質(zhì)（Dehydrin，DHN），通過對55個完整的脫水蛋白質(zhì)氨基酸測序發(fā)現(xiàn)，其都含有一個富含賴氨酸的K片段，由K片段可形成一個兼性α螺旋。通過分析蒙古沙冬青AmDHN的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其編碼脫水蛋白質(zhì)也含有K片段，以提高其抗旱性。脫水蛋白質(zhì)基因在其他荒漠植物也有表達(dá)，如紫花針茅（Stipa purpurea）的SpDHN1和雪蓮（Saussurea involucrataKar.et Kin.）的SiDHN能夠提高轉(zhuǎn)基因擬南芥和轉(zhuǎn)基因煙草的耐旱性［47］。從代謝和物種進(jìn)化的角度來分析，脫水蛋白質(zhì)是荒漠植物對干旱環(huán)境趨同適應(yīng)的分子水平表現(xiàn)。

近年來，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，相關(guān)研究解析了部分蒙古沙冬青適應(yīng)干旱環(huán)境的抗逆分子機制。如付晨熙等［35］以蒙古沙冬青葉組織為研究對象，以0 h為對照組，比較20% PEG 6000脅迫處理沙冬青葉片1 h和72 h的2-DE電泳圖譜，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)蛋白質(zhì)。利用MALDI-TOFTOF共鑒定了40個差異表達(dá)蛋白質(zhì)點，主要包括PSⅡ亞基、Rubisco大亞基、Rubisco活化酶（Plant rubisco activase，RCA）、硫氧還蛋白質(zhì)（Thioredoxin，Trx）等光合作用和ROS清除相關(guān)蛋白質(zhì)；通過GO功能分析表明這些蛋白質(zhì)主要涉及到光合作用、ROS清除、蛋白質(zhì)的合成、加工與降解等相關(guān)蛋白質(zhì)。結(jié)果表明，蒙古沙冬青葉片通過改變不同功能蛋白質(zhì)的表達(dá)來維持光合作用進(jìn)而適應(yīng)干旱脅迫。

Sun等［48］利用iTRAQ技術(shù)研究了短期干旱脅迫下的蒙古沙冬青根部蛋白質(zhì)磷酸化修飾特征，并利用LC-MS/MS鑒定了參與短期干旱脅迫響應(yīng)的磷酸化蛋白質(zhì)，通過GO功能分析表明這些蛋白主要涉及參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控、滲透調(diào)節(jié)、應(yīng)激反應(yīng)和防御、表觀遺傳調(diào)控等相關(guān)蛋白質(zhì)。推測蒙古沙冬青可能通過磷酸化蛋白質(zhì)以及相關(guān)信號傳導(dǎo)和代謝途徑對干旱脅迫作出應(yīng)答。

3 沙冬青屬植物對鹽脅迫的響應(yīng)

土壤鹽漬化是嚴(yán)重影響植物生長發(fā)育和區(qū)域分布的非生物限制因子，與植物生理和代謝密切相關(guān)。鹽脅迫對植物的危害主要體現(xiàn)在離子脅迫和滲透脅迫等方面。離子脅迫使大量的Na+進(jìn)入到植物體內(nèi)，打破植物體內(nèi)原有的離子平衡，影響細(xì)胞的代謝以及細(xì)胞K+/Na+比率，破壞膜結(jié)構(gòu)和酶系統(tǒng)。滲透脅迫使土壤中的水勢降低，引起植物體內(nèi)水分虧缺。

植物受到環(huán)境高鹽信號誘導(dǎo)后，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控基因表達(dá)和代謝方式，進(jìn)而調(diào)整自身的形態(tài)或生理狀態(tài)以適應(yīng)不利環(huán)境。研究表明，一些參與編碼通道蛋白質(zhì)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑組分以及位于信號級聯(lián)系統(tǒng)中介導(dǎo)信號傳遞的各種激酶在植物鹽脅迫應(yīng)答過程中發(fā)揮重要作用。智冠華等［49］研究表明，在鹽脅迫下沙冬青鋅指蛋白基因AmZFPG表達(dá)上調(diào)，鋅指蛋白（Zinc finger protein，ZFPG）是普遍存在于真核生物中參與細(xì)胞的分化、增殖、凋亡等多種重要生命活動的轉(zhuǎn)錄因子之一。ZFPG參與高鹽脅迫相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和應(yīng)答反應(yīng)，調(diào)控下游效應(yīng)基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)植物生理生化，提高植物的耐鹽性。

Wang等［50］研究發(fā)現(xiàn)胡楊（Populus euphratica）的一個鋅指蛋白基因PSTZ在煙草中過表達(dá)使轉(zhuǎn)基因煙草的抗鹽性較野生型顯著提高。為了減輕鹽對植物的傷害，植物通過其他途徑調(diào)整鹽脅迫防御策略，如植物在H+-ATP酶的驅(qū)動下，通過質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白將Na+排出胞外，同時依賴于液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白將Na+泵入液泡實現(xiàn)離子區(qū)域化，形成胞外、胞質(zhì)、液泡三者間的離子平衡。Wei等［51］克隆和分析了沙冬青Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白（Tonoplast Na+/H+antiporters，NHX）基因AmNHX2的功能表達(dá)，研究表明在鹽脅迫下沙冬青Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白基因AmNHX2表達(dá)上調(diào)，減少鹽脅迫的毒害作用。

生理生態(tài)研究表明，沙冬青屬植物為清除高鹽產(chǎn)生活性氧ROS，細(xì)胞內(nèi)相關(guān)ROS類物質(zhì)清除途徑相關(guān)酶類活性增強。李婧男等［52］研究了鹽脅迫對蒙古沙冬青幼苗抗氧化酶類活性的變化，低濃度（0-0.7%）鹽脅迫下SOD和POD的活性升高，SOD對鹽脅迫所產(chǎn)生超氧陰離子自由基、POD對產(chǎn)生的過氧化氫發(fā)揮著有效清除作用。沙冬青屬植物為了積極響應(yīng)鹽脅迫，通過積累可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透勢，同時滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)作為活性氧的清除劑，保護(hù)蛋白質(zhì)分子和酶活性。

4 小結(jié)與展望

植物對逆境脅迫的響應(yīng)是十分復(fù)雜的生理生化過程，其分子機制至今尚未完全闡明。近年來，蛋白質(zhì)組學(xué)被引入沙冬青屬植物響應(yīng)逆境脅迫的研究中，從模式植物擴展到木本植物的蛋白質(zhì)組學(xué)研究。目前，應(yīng)用2-DE和質(zhì)譜鑒定技術(shù)、iTRAQ技術(shù)進(jìn)行的沙冬青屬蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在低溫、干旱及鹽脅迫下，一些參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的信號分子或轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)量升高，揭示脅迫和信號物質(zhì)間的關(guān)系，并調(diào)控下游相關(guān)效應(yīng)基因的表達(dá)，提高植物的耐受力。

在低溫脅迫條件下發(fā)現(xiàn)并分離純化了高活性的熱穩(wěn)定的抗凍蛋白質(zhì)，可以揭示沙冬青屬植物適應(yīng)極端低溫荒漠生境的分子機制。干旱脅迫下會誘導(dǎo)合成干旱誘導(dǎo)蛋白，主要是與光合作用、參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控、ROS清除、蛋白質(zhì)的合成、加工與降解等相關(guān)蛋白質(zhì)。干旱脅迫下會誘導(dǎo)植物合成脫水蛋白質(zhì)等，是荒漠植物響應(yīng)干旱環(huán)境趨同適應(yīng)的分子體現(xiàn)。在鹽脅迫下相關(guān)離子通道蛋白的表達(dá)上調(diào)，表明離子或滲透壓平衡發(fā)生了變化。此外，ROS清除劑在低溫、干旱、高鹽脅迫時其活性升高，表明沙冬青屬植物在高ROS水平下會采取抗氧化的預(yù)防措施。上述研究從一定程度上揭示了沙冬青適應(yīng)極端環(huán)境的抗逆分子機制。

沙冬青屬植物對逆境脅迫的響應(yīng)是一個非常復(fù)雜的動態(tài)變化過程。目前，沙冬青屬植物蛋白質(zhì)組研究主要依賴二維凝膠電泳，基于非凝膠的定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)運用并不廣泛。2-DE分離蛋白質(zhì)范圍較窄、低豐度膜蛋白質(zhì)難以檢測等不足極大限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。未來研究可應(yīng)用多種新型蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，如CE、PUP-IT、4-DES等，來研究蛋白質(zhì)的翻譯后修飾、蛋白質(zhì)復(fù)合體及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)。截至目前，沙冬青屬植物蛋白質(zhì)組研究主要集中于蒙古沙冬青，而新疆沙冬青的蛋白質(zhì)組研究相對較少；沙冬青屬植物響應(yīng)各種生物逆境脅迫的蛋白質(zhì)組學(xué)研究尚處于起步階段，未來研究應(yīng)進(jìn)一步探討沙冬青屬植物應(yīng)答各種生物脅迫的機制。鑒于此，綜合利用蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、生物信息學(xué)等多種分析方法有利于沙冬青屬植物抗逆分子機制的深度揭示及保育工作的有效開展。