揭開果實衰老的秘密
不詳 ?佚名 ? 2009年07月03日 ? ?科學前沿
揭開果實衰老的秘密
文/中國科學院植物研究所 秦國政
近日，來自中國科學院植物研究所的研究人員通過蛋白質(zhì)組學結(jié)合免疫雜交以及細胞生物學等技術(shù)解析了線粒體蛋白氧化損傷調(diào)控果實成熟衰老的可能機制，該研究將為進一步解析線粒體在果實成熟衰老過程中的重要作用提供重要的技術(shù)平臺。這一研究成果發(fā)表在Journal of Proteome Research（2009，8：2449-2462）雜志上。文章的第一作者是中科院植物所副研究員秦國政博士，其次是田世平研究員。
果實為開花植物所特有的發(fā)育器官，在種子的成熟和傳播過程中發(fā)揮著重要作用。肉質(zhì)果實中含有的豐富營養(yǎng)物質(zhì)，包括纖維素、維生素、抗氧化劑等使得果實成為人們飲食的重要組成部分。成熟衰老是果實的重要特征之一，成熟期的控制影響著果實的供應(yīng)時期。果實的這種生物學特征使得從分子生物學的角度解析果實的成熟衰老成為植物學研究的熱點之一，有著重要的理論和應(yīng)用價值。果實成熟衰老的研究主要集中在乙烯上。大量的研究表明，乙烯在控制果實的成熟衰老過程中發(fā)揮著極其重要的作用。但是，某些果實在成熟衰老過程中并不伴隨著乙烯含量的升高，而是通過發(fā)育過程中的其他方式調(diào)控果實的成熟。探索果實成熟衰老的普遍調(diào)控方式至關(guān)重要，這將為現(xiàn)有的控制手段提供新的思路，從而使生產(chǎn)者能夠更好地控制果實的成熟與衰老，延長貯藏期。研究表明，包括雙氧水、超氧陰離子等在內(nèi)的活性氧在果實的成熟衰老過程中可能發(fā)揮著重要作用，果實的成熟可能是果實內(nèi)部活性氧的交替產(chǎn)生而引起的氧化現(xiàn)象。但是有關(guān)活性氧如何調(diào)控果實的成熟衰老，即活性氧調(diào)節(jié)果實成熟的作用機制還鮮有報道。
根據(jù)“衰老的自由基理論”，活性氧能夠與蛋白質(zhì)、脂類、核酸等生物大分子發(fā)生反應(yīng)，使生物大分子發(fā)生降解或是失去生物活性。蛋白質(zhì)氧化是一種不可逆的翻譯后修飾，會引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變，進而導致蛋白質(zhì)生物學功能的喪失。羰基化是蛋白質(zhì)氧化的主要檢測方法。羰基化可以通過氨基酸側(cè)鏈直接氧化生成，或者是蛋白質(zhì)與脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物、糖基化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成。大量的實驗數(shù)據(jù)表明，蛋白質(zhì)羰基化與生物體衰老密切相關(guān)。線粒體通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP，為生命活動提供能量，同時也是活性氧產(chǎn)生的主要場所，因此比其他細胞結(jié)構(gòu)更加容易受到活性氧的攻擊。一旦線粒體受到活性氧的攻擊而發(fā)生功能損傷，細胞的各種代謝活動將會發(fā)生紊亂，從而導致衰老或者凋亡的發(fā)生。果實作為植物特有的發(fā)育器官，采摘后主要以呼吸代謝為主，隨著貯藏時間的延長，活性氧大量積累，故而尤其容易受到活性氧的傷害。到目前為至，線粒體氧化損傷主要集中在對線粒體脂質(zhì)和DNA的研究上，關(guān)于線粒體蛋白的損傷卻研究較少，而對于果實中活性氧如何損傷線粒體蛋白的研究更是未見到過任何報道。
近年來，隨著蛋白質(zhì)組學的發(fā)展，雙向凝膠電泳及質(zhì)譜技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到果實采后生理病理學研究的各個方面。研究人員從活性氧代謝的角度，通過蛋白質(zhì)組學、蛋白免疫雜交以及其他生理生化分析，揭示了線粒體蛋白氧化損傷與果實成熟衰老的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，包括線粒體外膜蛋白、三羧酸循環(huán)相關(guān)蛋白以及抗氧化酶在內(nèi)的線粒體蛋白在果實正常成熟衰老過程中發(fā)生了不同程度的氧化損傷。通過加速果實衰老和延緩衰老的方式，研究人員進一步從正反兩個方面開展了工作，并認為這些蛋白在果實成熟衰老過程中可能發(fā)揮重要作用。
該研究成果中所涉及的果實線粒體提取純化、線粒體蛋白雙向電泳，以及蛋白質(zhì)氧化損傷等技術(shù)，為進一步解析線粒體在果實成熟衰老過程中的重要作用提供了重要的技術(shù)平臺。
下為線粒體蛋白氧化損傷研究流程圖
（從不同衰老時期的果實中分離純化線粒體，線粒體蛋白經(jīng)單向或雙向電泳分離后轉(zhuǎn)移到PVDF膜上與特異性抗體進行雜交。雙向免疫雜交圖譜經(jīng)過軟件分析找到氧化損傷程度有差異的蛋白點以后，從考馬斯亮藍染色的膠上找到對應(yīng)點并切膠進行質(zhì)譜鑒定。）
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