農業(yè)生物蛋白質組學

前言

　　進人21世紀，生命科學已經進入了后基因組時代，生物體全部蛋白質及互作網絡的核心蛋白質組學技術已經成為后基因組時代的關鍵技術之一。蛋白質組（proteome）是指一個細胞中由整個基因組表達和修飾成熟的一整套蛋白質，它有時也被用來描述細胞在某一特定時間所表達的蛋白質的集合。蛋白質組學（proteomics）是研究細胞內全部蛋白質的存在及其活動方式的科學，主要研究蛋白質表達水平、氨基酸序列、翻譯后加工和蛋白質的相互作用。蛋白質組學研究最基本的目標是定性、定量地鑒定一個細胞或組織中的全部蛋白質及其相互關系?！　”娝苤蚪M學技術可以明確一個基因和多個基因的序列及功能，那么為什么還要有蛋白質組學呢？蛋白質組學與以前的蛋白質化學有什么區(qū)別呢？基因組作為遺傳信息的載體，無論是在細胞不同的發(fā)育階段或不同種類的細胞里都是一樣的，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)和測序不準確等問題，基因組基因的數(shù)量實際上遠遠少于蛋白質的數(shù)量，也就是說，我們只能給出一個細胞大致范圍的蛋白質數(shù)量。此外，蛋白質組學和蛋白質化學雖然均能研究蛋白質的功能和序列，但蛋白質組學是對細胞內蛋白質群的綜合研究，側重于蛋白質一蛋白質互作網絡、群集調控規(guī)律的研究，對于蛋白質序列的研究更依賴于數(shù)據庫的序列信息；而蛋白質化學主要鑒定單一或少數(shù)蛋白質分子的全序列，無法達到全息化研究的水平。因此，蛋白質組學不是簡單蛋白質化學的提升，也不是傳統(tǒng)的從蛋白質到基因功能研究的簡單回歸，而是生命體全息化研究中的新興學科。目前開展蛋白質組學研究仍需要該物種有比較清晰的基因表達譜?！　〉鞍踪|組學的研究是一項系統(tǒng)性的、多方位的“組學”研究模式，不同于以往研究單個蛋白質的“釣魚”模式。它采用大規(guī)模、高通量、高靈敏度的技術手段，通過全局性研究基因組所表達的所有蛋白質在不同時間與空間的表達譜和功能譜，全景式地揭示生命活動的本質。蛋白質組學已經成為世界各國奮力搶占的戰(zhàn)略制高點。蛋白質組學解決了在蛋白質水平上大規(guī)模直接研究基因功能的問題，是通過生化途徑研究蛋白質功能的重大突破。它對現(xiàn)代生命與環(huán)境科學的介入與貢獻將可能使研究者從核酸時代逐漸回歸到蛋白質時代，使人們的認識由間接的基因、核酸層次深入到生命的直接執(zhí)行體——蛋白質層次，更將蛋白質研究推進到前所未有的高度。這是基因組計劃由結構走向功能的必然，是21世紀生命科學的重要支柱。

內容概要

本書根據農業(yè)生物的特點，系統(tǒng)介紹了蛋白質組學的基礎理論和研究方法，反映了蛋白質組學研究的最新成果。本書內容主要包括蛋白質組學的基本概念、樣品全息化制備技術、雙向電泳技術、生物質譜與蛋白質鑒定、圖譜分析與生物信息學等內容；同時結合基礎理論部分內容，收集、整理、選擇了部分國內外蛋白質組學研究在農業(yè)領域中應用的最新進展，闡明了蛋白質組學技術在農業(yè)領域中應用的途徑。為了提高讀者對本書的理解，每章后附有思考題。    本書適用于全國高等農業(yè)院校的農學、植保、園藝、生命科學和生物技術專業(yè)，以及綜合性大學的生物學和農業(yè)科學專業(yè)高年級本科生，同時可為從事農業(yè)領域分子生物學教學和研究的教師及科研工作者提供參考。

書籍目錄

前言第一章  緒論  第一節(jié)  蛋白質組學形成的歷史沿革  第二節(jié)  蛋白質組學的研究內容與技術路線  第三節(jié)  蛋白質組學在系統(tǒng)生物學中的地位  第四節(jié)  蛋白質組學的發(fā)展趨勢  第五節(jié)  農業(yè)生物蛋白質組學的研究現(xiàn)狀與前景  思考題  主要參考文獻第二章  蛋白質樣品的全息制備  第一節(jié)  蛋白質樣品裂解液成分分析  第二節(jié)  細胞裂解與蛋白質提取  第三節(jié)  蛋白質的分離與純化  第四節(jié)  亞細胞器的分離與蛋白質提取  第五節(jié)  蛋白質樣品的濃縮、干燥及保存  思考題  主要參考文獻第三章  雙向凝膠電泳  第一節(jié)  雙向凝膠電泳  第二節(jié)  凝膠中蛋白質檢測  第三節(jié)  蛋白質印跡  第四節(jié)  圖像采集與后續(xù)分析  第五節(jié)  雙向電泳技術的局限性和發(fā)展方向  第六節(jié)  雙向電泳中的問題與原因分析  第七節(jié)  毛細管電泳技術簡介  思考題  主要參考文獻第四章  蛋白質組學中的液相色譜  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要點  第三節(jié)  雙向電泳數(shù)據庫和網上比較  第四節(jié)  雙向電泳蛋白質譜數(shù)據庫構建  思考題  主要參考文獻第六章  生物質譜技術與蛋白質鑒定  第一節(jié)  生物質譜基本原理  第二節(jié)  質譜技術在鑒定蛋白質中的應用  思考題  主要參考文獻第七章  蛋白質翻譯后修飾的鑒定  第一節(jié)  磷酸化蛋白質的鑒定  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  主要參考文獻第八章  定量蛋白質組學研究技術  第一節(jié)  熒光雙向差示凝膠電泳技術  第二節(jié)  穩(wěn)定同位素代謝標記技術  第三節(jié)  穩(wěn)定同位素的體外標記方法  思考題  主要參考文獻第九章  蛋白質-蛋白質相互作用  第一節(jié)  蛋白質-蛋白質相互作用的類型與研究意義  第二節(jié)  蛋白質互作的分析原理  第三節(jié)  蛋白質免疫共沉淀  第四節(jié)  酵母雜交系統(tǒng)  第五節(jié)  噬菌體展示技術  第六節(jié)  蛋白質微陣列和芯片技術  第七節(jié)  串聯(lián)親和純化技術  第八節(jié)  其他蛋白質-蛋白質相互作用研究技術簡介  思考題  主要參考文獻第十章  蛋白質組生物信息學  第一節(jié)  生物信息學簡介  第二節(jié)  主要相關網站和數(shù)據庫  第三節(jié)  通過序列相似性搜索數(shù)據庫  第四節(jié)  質譜識別蛋白質方法  思考題  主要參考文獻第十一章  蛋白質組學技術在作物科學研究中的應用  第一節(jié)  作物蛋白質組學研究的技術特點  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  第四節(jié)  作物不育性機理  第五節(jié)  作物遺傳作圖  第六節(jié)  作物抗病相關蛋白  第七節(jié)  作物抗脅迫相關蛋白  思考題  主要參考文獻第十二章  蛋白質組學技術在動物科學研究中的應用  第一節(jié)  動物蛋白質組學研究的特點  第二節(jié)  畜禽、昆蟲遺傳多樣性  第三節(jié)  畜禽、家蠶生殖與發(fā)育  第四節(jié)  家蠶、害蟲免疫與抗逆生理  第五節(jié)  畜禽產品質量相關性狀  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  主要參考文獻第十三章  蛋白質組學在微生物研究中的應用  第一節(jié)  微生物蛋白質組學研究的技術特點  第二節(jié)  生物防治微生物作用機理  第三節(jié)  植物病原微生物致病相關蛋白的鑒定  第四節(jié)  食源性病原微生物相關蛋白的鑒定  第五節(jié)  微生物固氮相關蛋白  第六節(jié)  微生物環(huán)境脅迫相關蛋白的鑒定  第七節(jié)  微生物降解農業(yè)廢棄物與農化物質相關蛋白的鑒定  思考題  主要參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒論　　第一節(jié)　蛋白質組學形成的歷史沿革　　一、什么是蛋白質組和蛋白質組學　　隨著20世紀90年代后期人類基因組測序工作的完成，人們意識到僅了解基因組序列尚不能闡明基因組的功能，更無從談起揭示這些基因所編碼蛋白質的功能。據統(tǒng)計，已有幾十種物種的基因組被測序，但這些基因中通常有一半以上的基因功能未知，進而限制了基因組測序成果對人類生命科學的貢獻。在這種背景下，生命科學進入后基因組時代成為歷史的必然。所謂后基因組時代就是從整體上研究生物體基因組的功能，而蛋白質組學則是功能基因組的核心。　　蛋白質組（proteome）一詞由英文單詞蛋白質（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大學的Wilkins和Williams（1994）最先提出來的。1995年7月，V.C.Wasinger等在Electrophoresis上首次發(fā)表的蛋白質組研究文章中將蛋白質組定義為：一個基因組編碼的全部蛋白質。1997年，由M.R.Wilkins和K.L.Williams等撰寫的第一部有關蛋白質組研究的專著《蛋白質組研究：功能基因組的前沿》中，將蛋白質組定義為：一個基因組所表達的全部蛋白質。1999年最后一期的Nature雜志將蛋ca質組進一步定義為：在一個細胞整個生命活動中由基因組表達以及修飾的全部蛋白質。目前更為全面的定義為：一個基因組、一個細胞或組織、一種生物體所表達的全部蛋白質組成、存在形式、活動方式及時空動態(tài)?！　⊥ㄟ^與基因組特點的比較，有助于我們理解蛋白質組的概念。與基因組相比，蛋白質組具有以下特點。①多樣性。對于單細胞或多細胞生物來說，同一個個體的基因組不論是在不同的發(fā)育階段或不同種類的細胞內都是一樣的。然而對于蛋白質組而言，由于蛋白質是生命活動的主要執(zhí)行者，因此對于不同類型的細胞或同一個細胞在不同的活動狀態(tài)下，蛋白質組的構成是不一樣的。任何一個基因組，都是由不編碼蛋白質的核苷酸序列和編碼蛋白質的核苷酸序列組成的。一般來說，一個基因組內的基因數(shù)目通常是指可讀框（ORF）的數(shù)目，但目前要準確確定一個基因組的0RF數(shù)目是困難的，通常確定了一個蛋白質就肯定了一個基因，但確定了一個0RF卻不能肯定它會有對應的蛋白質產物。此外，mRNA的剪切和蛋白質翻譯后的修飾等均增加了蛋白質的多樣性。蛋白質存在的形式也是多樣的?！　　?/pre>








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