李俊良，羅成飛

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150000)

0 前言

甜菜(Betavulgaris)是一種兩年生草本植物，分類上屬于石竹目藜科，二倍體染色體(2n=18)，基因組大小估計(jì)有714-758 MB[1]，全世界甜菜糖的產(chǎn)量約占糖總產(chǎn)量的35 %[2]。甜菜從野生甜菜Betavulgarisssp.maritima繼承了一定的耐鹽性[3]。許多栽培品種具有較高的耐受性，對(duì)鹽漬土也具有一定適應(yīng)能力，甚至低濃度的鹽分還能促進(jìn)其生長(zhǎng)，是一種適于在鹽漬土壤上耕種且極具價(jià)值的經(jīng)濟(jì)作物。近年來關(guān)于植物耐鹽機(jī)制的研究方向已經(jīng)逐漸從生理反應(yīng)深入到分子應(yīng)答研究上。近年來有少量文獻(xiàn)從轉(zhuǎn)錄水平[3-5]、蛋白質(zhì)水平[6-9]和代謝物水平[16]對(duì)甜菜適應(yīng)鹽脅迫的分子機(jī)制進(jìn)行了初步研究。

1 鹽份對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的危害

當(dāng)土壤中某種鹽類含量過高時(shí)，會(huì)形成以該鹽的離子為主要成分的土壤溶液，使得植物對(duì)離子吸收的可選性降低，迫使植物過量累積某些離子而破壞體內(nèi)離子平衡，從而產(chǎn)生離子毒害作用。NaCl是大部分鹽漬土中的常見鹽分，它通過Na+和Cl-的積累引起滲透脅迫和離子毒性。鉀是酶的活化劑，適當(dāng)?shù)腒+濃度是細(xì)胞內(nèi)多種酶類維持活性所必須的。過量積累的Na+會(huì)打破Na+/K+平衡，從而影響光合作用和蛋白質(zhì)合成等生物過程。同時(shí)過量的Na+和Cl-還會(huì)破壞膜組織并對(duì)細(xì)胞內(nèi)的各種代謝活動(dòng)直接產(chǎn)生離子毒害作用。離子毒害對(duì)作物的傷害雖然緩慢，但通常持需時(shí)間較長(zhǎng)，它會(huì)加速老葉的衰落甚至導(dǎo)致主干死亡[10]。

在植株失水嚴(yán)重且離子失衡的情況下，細(xì)胞內(nèi)環(huán)境受到了破壞，這會(huì)進(jìn)一步誘發(fā)活性氧(ROS)如單線態(tài)氧、超氧陰離子自由基、羥基自由基和過氧化氫等的產(chǎn)生，造成氧化脅迫[11]。過量的ROS一方面會(huì)造成膜質(zhì)的過氧化，破壞膜系統(tǒng)的完整性；另一方面可以直接氧化氨基酸和核酸，影響酶的活性、生物大分子如蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)和功能，如DNA鏈斷裂和酶活降低等[12]。

2 植物對(duì)鹽脅迫的應(yīng)答機(jī)制

植物在對(duì)外界環(huán)境變化的長(zhǎng)期適應(yīng)過程中進(jìn)化出了一系列的鹽脅迫應(yīng)答調(diào)控機(jī)制。在遭受鹽脅迫后，植物自身會(huì)主動(dòng)關(guān)閉氣孔降低蒸騰作用、削弱葉片的生長(zhǎng)并抑制光合作用、合成/釋放滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)恢復(fù)滲透平衡、激活ROS清除系統(tǒng)緩解氧化物質(zhì)對(duì)細(xì)胞的毒害、合成伴侶蛋白保障生物大分子活性以及減少生物量[13]，這些機(jī)制大大提高了植物對(duì)鹽脅迫的抵抗能力。

2.1 滲透調(diào)節(jié)作用

對(duì)于環(huán)境脅迫造成的滲透壓失衡，植物可以通過迅速合成并累積一些低分子量有機(jī)溶質(zhì)來降低體內(nèi)水勢(shì)，完成滲透調(diào)節(jié)過程。這類被稱為滲透保護(hù)劑(osmolytes)有機(jī)溶質(zhì)，包括海藻糖、蘋果酸、甜菜堿、脯氨酸、多元醇(甘露醇和山梨醇)等。這些物質(zhì)不但有助于植物調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，還可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)[14]。

甘氨酸甜菜堿(Glycinebetaine)被譽(yù)為最佳滲透調(diào)節(jié)劑，它不僅參與細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)，而且具有穩(wěn)定大分子的作用。高鹽環(huán)境下酶的活性會(huì)受到抑制，甜菜堿可以使許多重要的酶類如TCA循環(huán)的主要酶類、末端氧化酶類和光系統(tǒng)外周肽等在脅迫條件下保持活性，從而對(duì)生物體提供耐鹽保護(hù)[15-17]。甜菜堿的積累與植物脅迫下代謝方向的調(diào)整有關(guān)，脅迫條件下可以合成甜菜堿的植物以膽堿(Choline)為底物經(jīng)兩步氧化反應(yīng)迅速合成。催化第一步反應(yīng)的酶是膽堿單加氧酶(Choline monooxygenase，CMO)，合成中間產(chǎn)物甜菜堿醛，催化第二部反應(yīng)的酶是菜堿醛脫氫酶(Betaine-aldehyde dehydrogenase，BADH)。有研究指出，轉(zhuǎn)化BADH基因的煙草耐低溫能力顯著提高[18-19]。

2.2 離子解毒作用

植物在遭受鹽脅迫后需要重建體內(nèi)離子平衡以保障細(xì)胞可以進(jìn)行正常的生命活動(dòng)。植物鹽超敏感(Salt Overly Sensitive，SOS)途徑是目前已知的調(diào)控鹽脅迫下細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制。該系統(tǒng)包含3個(gè)關(guān)鍵組件：SOS1屬于Na+/H+逆轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(NHX)，SOS2屬于SnRK3(sucrose non-fermenting-1-related protein kinase-3)蛋白激酶家族的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，SOS3屬于肉豆蔻?；}結(jié)合蛋白(myristoylated calcium-binding protein)。鹽脅迫后細(xì)胞內(nèi)激增的Ca2+信號(hào)激活SOS途徑，SOS3首先識(shí)別這種Ca2+信號(hào)，SOS3與Ca2+結(jié)合后可以與SOS2發(fā)生相互作用，這種相互作用會(huì)將SOS2招募到等離子體膜上，進(jìn)而激活膜上的SOS1(NHX)，SOS1可以促進(jìn)細(xì)胞將多余的Na+排出細(xì)胞質(zhì)[20](圖1)。植物吸收鹽分后積累到液泡中，控制胞質(zhì)鹽濃度在一定水平，維持胞質(zhì)內(nèi)較高的K+/Na+比的過程被稱為鹽的區(qū)隔化作用。高等植物Na+的外排和區(qū)隔化主要依賴于質(zhì)膜上的 NHX來完成。

圖1 植物鹽超敏感途徑調(diào)控離子平衡示意圖

2.3 ROS清除作用

活性氧是有氧代謝不可避免的副產(chǎn)物，為避免ROS積累對(duì)細(xì)胞造成氧化傷害，植物進(jìn)化出了一系列的ROS清除機(jī)制。超氧物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氧酶(CAT)等保護(hù)酶可以通過酶促反應(yīng)清除多余的ROS。對(duì)不同植物的研究表明，耐鹽植物體內(nèi)SOD、POD和CAT的活性更高，具有更強(qiáng)的ROS清除能力[21]。一些小分子抗氧化物質(zhì)如抗壞血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)可以形成抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)(ASA-GSH)還原細(xì)胞中的強(qiáng)氧化性物質(zhì)。Zhao等的研究顯示非共生血紅蛋白(NsHb)可以通過提高抗氧化酶系統(tǒng)的活性來減少氧化應(yīng)激造成的損傷[22]。

2.4 脅迫信號(hào)傳遞

植物激素是植物中最重要的第一信使。鹽脅迫可以誘發(fā)多種植物激素的合成。脫落酸(ABA)是一種可以調(diào)控鹽脅迫應(yīng)答的重要植物激素，它能激活一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，調(diào)控多種脅迫應(yīng)答基因如蛋白激酶、轉(zhuǎn)錄因子、滲透調(diào)節(jié)蛋白、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、抗氧化酶類等的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控鹽脅迫應(yīng)答過程。有報(bào)道指出，鹽脅迫下過量的生長(zhǎng)素(IAA)會(huì)抑制主根的生長(zhǎng)，高濃度的乙烯會(huì)抑制側(cè)根的萌發(fā)，而迅速累積ABA則可以抑制植物側(cè)根的伸長(zhǎng)[10]。NO也是植物細(xì)胞中重要的第一信使，研究指出內(nèi)外源NO均能緩解鹽脅迫對(duì)苗生長(zhǎng)的抑制，適量的NO可以誘導(dǎo)植物細(xì)胞內(nèi)多種抗氧化酶的活性，從而提高植物的抗逆能力[23]。

環(huán)境脅迫信號(hào)的感知和傳遞可以通過質(zhì)膜上存在的各種受體蛋白和跨膜蛋白激酶來完成。Ca2+是植物細(xì)胞中最重要的第二信使。目前植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的鈣信號(hào)系統(tǒng)有依賴Ca2+的蛋白激酶(CDPKs)、鈣調(diào)素(CaM)和鈣調(diào)磷酸酶B類似蛋白(CBLs)等多類鈣結(jié)合蛋白家族。此外，Ca2+可以誘導(dǎo)γ-氨基丁酸(GABA)的合成，有研究指出GABA也可以作為一種信號(hào)分子調(diào)控植物對(duì)鹽脅迫的應(yīng)答[24]。

PA(Phosphatidic acid，PA)被稱為脂類第二信使，鹽脅迫下NO可以促進(jìn)二酰甘油二酯激酶(DGK)催化1,2-二酰甘油(DAG)生成PA。蛋白質(zhì)的磷酸化/去磷酸化是細(xì)胞應(yīng)對(duì)外界環(huán)境變化并調(diào)節(jié)細(xì)胞功能的重要機(jī)制，該機(jī)制由蛋白激酶催化的蛋白磷酸化將環(huán)境信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)放大，借此調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理應(yīng)答過程。PA可以激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)，將脅迫信號(hào)進(jìn)行放大，激活下游應(yīng)答反應(yīng)。三磷酸肌醇(IP3)可以調(diào)控液泡內(nèi)Ca2+離子的釋放，同時(shí)條還可以被磷脂酰肌醇特異性磷脂酶C(PI-PLC)水解生成DAG，也是植物細(xì)胞中重要的第二信使[25]。

總的來看，各信號(hào)通路之間相互交叉和聯(lián)系，形成逆境脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，共同調(diào)節(jié)植物中逆境響應(yīng)的下游應(yīng)答基因(圖2)。

圖2 植物調(diào)控鹽脅迫的信號(hào)分子示意圖紅色：第一信使，紫色：第二信使，黑色：其他信號(hào)分子，ABA：脫落酸，IAA：生長(zhǎng)素，DAG：1,2-二酰甘油，IP3：三磷酸肌醇，PA：磷脂酸，cAMP：環(huán)磷酸腺苷，cGMP：環(huán)磷酸鳥苷，GABA：γ-氨基丁酸，MAPK：絲裂原活化蛋白激酶，CDPK：鈣依賴蛋白激酶，SOS3：肉豆蔻?；}結(jié)合蛋白，ROS：活性氧

3 甜菜耐鹽機(jī)制研究現(xiàn)狀

3.1 甜菜生理水平上對(duì)鹽脅迫的應(yīng)答研究

早期對(duì)甜菜研究發(fā)現(xiàn)，甜菜生理水平上獨(dú)特的耐鹽性主要源于以下3點(diǎn)：

(Ⅰ)甜菜在遭受鹽脅迫后可以迅速合成甜菜堿。這是許多農(nóng)作物如水稻、土豆、番茄等所不具備的能力。甜菜堿不但可以調(diào)節(jié)滲透壓，還能保護(hù)生物大分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能；此外，胞質(zhì)內(nèi)的甜菜堿含量升高還可以促進(jìn)Na+向液泡中流動(dòng)。

(Ⅱ)甜菜可以利用Na+部分取代K+的功能。Subbarao等的研究指出，紅甜菜中95%的K+被Na+被替代后可以正常生長(zhǎng)且不影響產(chǎn)量[26]。目前的研究顯示，甜菜中除去葉綠素形成的過程必須要K+參與外，K+的非專性功能都可以被Na+替代，如滲透調(diào)節(jié)、輔助陰離子長(zhǎng)距離運(yùn)輸、控制氣孔開合、調(diào)節(jié)酶活性以及葉綠體增殖等[27-29]。

(Ⅲ)甜菜可以通過區(qū)隔化作用將鹽分“鎖”在體內(nèi)。甜菜將從環(huán)境中吸收的鹽分運(yùn)輸至地上部分，研究顯示葉柄和老葉中鹽分含量較高，而光合強(qiáng)度較高的葉片中鹽分含量較低。此外，甜菜體內(nèi)的K+、Na+分布也有利于保證功能葉片中K+的功能。

3.2 甜菜分子水平上對(duì)鹽脅迫的應(yīng)答研究

甜菜雖然對(duì)鹽脅迫表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受性，然而不同品種(基因型)之間的耐鹽能力存在顯著差異。甜菜對(duì)鹽脅迫的分子應(yīng)答過程十分復(fù)雜，既涉及到植物激素、糖類、脂類和氨基酸等有機(jī)化合物參與的多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，也包含了基因指導(dǎo)的多種功能蛋白和功能化合物的生物合成。

Lv等使用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序?qū)μ鸩薓14單體附加系在鹽脅迫下的差異基因進(jìn)行鑒定，結(jié)果顯示大部分差異表達(dá)基因的GO注釋集中在氧化還原平衡，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和蛋白質(zhì)磷酸化上；同時(shí)參與ROS清除系統(tǒng)的基因如APX，SOD，硫氧還蛋白(TRX)，谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)等在鹽脅迫下呈現(xiàn)顯著差異[4]。Skorupa等使用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序研究了海甜菜對(duì)鹽脅迫的應(yīng)答，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與滲透調(diào)節(jié)劑、分子伴侶和氧化還原蛋白合成有關(guān)的基因在鹽脅迫下顯著差異表達(dá)，這些基因可能在甜菜鹽脅迫應(yīng)答過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[5]。

Wang等使用iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)方法比較了鹽敏感和耐鹽甜菜品種在鹽脅迫下蛋白質(zhì)組學(xué)上的差異，結(jié)果顯示涉及蛋白質(zhì)修飾，TCA循環(huán)，細(xì)胞壁合成和ROS清除的幾種蛋白質(zhì)在敏感和耐性品種之間存在顯著差異，表明這些途徑可能與甜菜的耐鹽性高度相關(guān)[29]。Li等iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)研究了 M14微粒體膜蛋白，結(jié)果顯示質(zhì)膜ATPase 11和液泡ATPase H亞基響應(yīng)鹽脅迫而增加，這些蛋白質(zhì)參與產(chǎn)生質(zhì)子梯度，分別用于離子穿過質(zhì)膜和液泡膜的轉(zhuǎn)運(yùn)[7]。Yu等使用無標(biāo)記的定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析了短期鹽脅迫下M14的磷酸化蛋白質(zhì)組變化，發(fā)現(xiàn)促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)，14-3-3s受體激酶和鈣依賴性蛋白激酶(CDPK)在鹽脅迫下表現(xiàn)出顯著改變[8]。

4 各組學(xué)研究對(duì)揭示植物鹽脅迫應(yīng)答分子機(jī)制的作用

4.1 轉(zhuǎn)錄組學(xué)

4.1.1 表達(dá)譜測(cè)序

基于RNA-seq的表達(dá)譜測(cè)序技術(shù)通過構(gòu)建處于特定狀態(tài)下的細(xì)胞或組織的非偏性cDNA文庫(kù)，通過大規(guī)模的測(cè)序工作，最終完成對(duì)樣本中基因表達(dá)種類和豐度的定性和定量分析。表達(dá)譜測(cè)序技術(shù)是一種高性價(jià)比的轉(zhuǎn)錄鑒定和表達(dá)定量方法，適用于大規(guī)模研究轉(zhuǎn)錄水平基因的表達(dá)變化。

加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析(WGCNA)是一種網(wǎng)絡(luò)分析方法，可以根據(jù)樣本中共表達(dá)基因之間的高度相關(guān)性將基因分組到特定的模塊中，然后使用模塊內(nèi)連接性，基因重要性等來識(shí)別調(diào)控目標(biāo)途徑的Hub基因。WGCNA相比于差異表達(dá)基因包含更多的信息，通過考慮各轉(zhuǎn)錄本之間的關(guān)系可以更加完整地解析表達(dá)譜數(shù)據(jù)。然而WGCNA分析依賴于充足的樣本量，因此大規(guī)模的表達(dá)譜測(cè)序搭配WGCNA分析成為解析植物鹽脅迫應(yīng)答中復(fù)雜性狀的有效手段。例如Zhu等采用WGCNA方法篩選了水稻(OryzasativaL.)的候選耐鹽基因[30]。Zhou等利用WGCNA方法對(duì)煙草(NicotianaTabacum)響應(yīng)低溫脅迫的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[31]。

4.1.2 小RNA測(cè)序和降解組測(cè)序

miRNA(microRNA)是一類內(nèi)生小分子非編碼RNA，長(zhǎng)度在18～25個(gè)核苷酸之間，它們通過抑制翻譯過程或直接斷裂靶標(biāo)mRNA從而在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)[32]。研究表明，miRNA參與調(diào)控多種生理和生化過程，如幼苗的生長(zhǎng)[33]、花的發(fā)育[34]以及對(duì)環(huán)境脅迫的反應(yīng)[35]。此外，一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，植物可以輸出miRNAs來抑制真菌病原體中的毒力基因表達(dá)[36]。識(shí)別miRNA及其靶基因?qū)﹃U明其調(diào)控機(jī)制至關(guān)重要。

Small RNA測(cè)序是研究生物樣品中小RNA的最主要方法之一，該技術(shù)首先分離樣品中18-30nt的RNA片段；再利用高通量測(cè)序技術(shù)獲取小RNA的序列和表達(dá)量信息。在植物中，大多數(shù)miRNA擁有與其靶基因完美互補(bǔ)或接近完美互補(bǔ)的序列，因此可以使用生物信息學(xué)工具來預(yù)測(cè)其靶基因[37]。此外，一種使用高通量測(cè)序技術(shù)的5′-快速擴(kuò)增cDNA末端(RACE)的改良版本稱為Degradome測(cè)序，已越來越多地用于預(yù)測(cè)miRNAs的靶點(diǎn)[38-39]。許多先前被證實(shí)和預(yù)測(cè)的miRNA靶點(diǎn)已經(jīng)被這種方法所證實(shí)，它提供了一種分析miRNA對(duì)靶標(biāo)RNA編輯模式的綜合手段。Degradome測(cè)序與小RNA測(cè)序相結(jié)合，大大提高了在植物中識(shí)別miRNAs及其靶點(diǎn)的速度[48]。目前關(guān)于甜菜中miRNA的分布及功能研究還相對(duì)較少，在miRBase數(shù)據(jù)庫(kù)中尚未收錄有關(guān)于甜菜的miRNA信息注釋。

4.1.3 全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序

除編碼RNA外，非編碼RNA的調(diào)控作用對(duì)于植物適應(yīng)環(huán)境脅迫也是必不可少的。全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序可以同時(shí)分析同一樣本中的多種RNA(mRNA、lncRNA和circRNA等)，它在揭示細(xì)胞生理活動(dòng)規(guī)律和生物代謝機(jī)理的研究中發(fā)揮越來越重要的作用。

長(zhǎng)非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一種長(zhǎng)度> 200 nt的非編碼RNA[40]，它可以從表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后加工等多種層面實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控[41]。lncRNAs通常具有和mRNA類似的結(jié)構(gòu)，經(jīng)剪接后5′端通常有一個(gè)7mC帽子，3′端即可以帶polyA也可以不帶polyA尾。lncRNA的分布與表達(dá)通常具有組織特異性和時(shí)空特異性，并且lncRNA在不同物種間的保守性較差。最近的研究顯示，lncRNA參與植物對(duì)非生物脅迫的應(yīng)答，例如在毛果楊(PopulusTrichocarpa)中發(fā)現(xiàn)504條響應(yīng)干旱脅迫的lncRNA[42]，在陸地棉(GossypiumhirsutumL.)中發(fā)現(xiàn)了44個(gè)響應(yīng)鹽脅迫的lncRNA[43]。對(duì)蘋果(Malusdomestica)lncRNA的研究顯示，MSTRG.85814.11促進(jìn)SAUR32的表達(dá)，從而激活與缺鐵反應(yīng)相關(guān)的質(zhì)子排出[44]。

環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)是具有共價(jià)閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的非編碼RNA[45]。大多數(shù)circRNA在不同物種間具有保守性和穩(wěn)定性，而且circRNA的表達(dá)同樣具備時(shí)空特異性。研究發(fā)現(xiàn)circRNAs在植物中具有強(qiáng)大的調(diào)控作用[46]。對(duì)小麥(TriticumAestivumL.)的研究發(fā)現(xiàn)了62條響應(yīng)脫水脅迫的circRNA[47]。對(duì)番茄(solanumlycopersicumL.)的研究鑒定了163條響應(yīng)低溫脅迫的circRNA[48]。

基于對(duì)大量非編碼RNA功能的研究，哈佛大學(xué)的研究人員提出了一種競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)調(diào)控假說，即mRNA、lncRNA、circRNA及假基因轉(zhuǎn)錄物通過miRNA應(yīng)答元件(MicroRNA Response Element，MRE)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合相同的miRNA來影響靶基因的穩(wěn)定性或翻譯活性，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄后水平的基因表達(dá)調(diào)節(jié)[49]。全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)分析方法的進(jìn)步將ceRNA的研究擴(kuò)展到了其他領(lǐng)域。例如，它參與了楊樹[50]對(duì)低氮的適應(yīng)、香橙[51]對(duì)銅毒性的反應(yīng)，以及黃瓜[52]對(duì)熱脅迫的反應(yīng)。這些結(jié)果大大提高了我們對(duì)植物非生物脅迫反應(yīng)機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

4.2 蛋白質(zhì)組學(xué)

蛋白質(zhì)組學(xué)是以蛋白質(zhì)為對(duì)象，研究機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)組成及含量變化規(guī)律的科學(xué)。由于蛋白質(zhì)是生理功能的執(zhí)行者，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的研究將有助于直接從生理水平上闡明植物對(duì)環(huán)境脅迫的應(yīng)答機(jī)制。相對(duì)和絕對(duì)定量標(biāo)記(Isobaric tags for relative and absolute quantitation，iTRAQ)是當(dāng)前最可靠的蛋白質(zhì)組定量標(biāo)記技術(shù)之一[53]，廣泛應(yīng)用于非生物脅迫下植物蛋白質(zhì)組變化的研究。Li等使用iTRAQ研究了甜菜單體附加系M14鹽脅迫下膜蛋白的變化[2]。Yu等人研究了短期鹽脅迫(30分鐘和1小時(shí))誘導(dǎo)的M14葉片中蛋白質(zhì)組/磷酸化蛋白質(zhì)組的變化[3]。然而植物蛋白質(zhì)組對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)取決于鹽脅迫的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和取樣部位，同時(shí)近年來的研究指出鹽處理可以分為漸進(jìn)的(鹽脅迫處理)或立即的(鹽休克處理)[54]，這些差異會(huì)引起植物不同的應(yīng)答反應(yīng)，并可能影響對(duì)最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋[8]。目前關(guān)于甜菜蛋白質(zhì)組學(xué)的研究存在處理時(shí)間較短或處理低濃度較低等局限，因此，采用漸進(jìn)式給鹽方式，研究高濃度長(zhǎng)時(shí)間處理對(duì)甜菜幼苗蛋白質(zhì)組的變化有助于豐富甜菜蛋白水平鹽脅迫應(yīng)答的結(jié)果，為最終揭示甜菜鹽脅迫應(yīng)答分子機(jī)制提供基礎(chǔ)。

圖3 ceRNA機(jī)制示意圖(a)ceRNA競(jìng)爭(zhēng)miRNA機(jī)制示意圖，MRE：miRNA應(yīng)答元件；(b)ceRNA表達(dá)水平關(guān)系示意圖

4.3 代謝組學(xué)

代謝物既可以作為信號(hào)分子(如植物激素等)參與調(diào)控植物的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，也可以直接作為效應(yīng)物(如作為滲透調(diào)節(jié)劑的甜菜堿和自由基清除劑的生育酚等)參與植物的生物和非生物脅迫應(yīng)答。與基因和蛋白質(zhì)相比，代謝產(chǎn)物更接近于表型，可以更加準(zhǔn)確地反映各種調(diào)控的綜合結(jié)果。近年來隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，各組學(xué)的研究迅速向高通量化和定量化發(fā)展。由于轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的研究目標(biāo)共同處于一張代謝網(wǎng)絡(luò)中，使得這些組學(xué)之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，基于此的多組學(xué)聯(lián)合分析已成為探索生命化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)和深入解析其分子機(jī)制的新方向。