为了解豆类（Cicer arietinum L.）内质网对水分胁迫的响应机制，采用脱水响应性蛋白质组学方法进行了分析

《Plant Physiology and Biochemistry》：Dehydration Responsive Proteomics Analysis of Endoplasmic Reticulum in Chickpea ( Cicer arietinum L.) for Understanding Stress Responses

该研究通过蛋白质组学方法解析了 chickpea 在脱水应力下内质网（ER）的分子响应机制。采用曼妥尔诱导脱水胁迫，通过超速离心纯化 ER 蛋白，结合 Easy-nlc LC-MS/MS 分析发现 296 个差异表达蛋白（DEPs），其中 190 个上调蛋白主要涉及 ER 应激反应、钙离子转运、代谢调控等通路，而 106 个下调蛋白包括泛素连接酶 E2 变体。通过 qRT-PCR 验证了关键基因（如 ERD-14 和 S1P lyase）的上调表达，并发现 ERD-14 的亚细胞定位异常提示其在脱水应答中的潜在新功能。该研究首次系统揭示了 chickpea ER 在脱水胁迫下的分子调控网络，为抗旱品种培育提供了理论依据。

　　在干旱胁迫的背景下，豆科植物——特别是鹰嘴豆（*Cicer arietinum* L.）——面临着严峻的生存挑战。作为重要的粮食作物，鹰嘴豆不仅在发展中国家扮演着关键角色，还为人类和动物提供丰富的蛋白质来源。然而，其对干旱和高温的敏感性限制了其在农业生产中的表现。特别是在生殖生长阶段，当降雨量低于约250毫米时，干旱胁迫会导致严重的脱水现象，从而减少产量40%-50%。因此，提升鹰嘴豆对脱水胁迫的耐受性对于维持其生产力至关重要。

本研究聚焦于鹰嘴豆细胞内质网（endoplasmic reticulum, ER）在脱水胁迫下的响应机制。内质网是细胞中至关重要的细胞器之一，主要负责蛋白质的成熟和折叠。当植物遭遇各种非生物和生物胁迫时，蛋白质可能无法正确折叠或成熟，导致内质网中积聚未折叠蛋白，进而引发内质网应激（ER stress）。这种应激状态可能影响细胞的正常功能，甚至导致程序性细胞死亡（programmed cell death, PCD）。为了应对这种情况，细胞会启动内质网应激响应机制，其中包括内质网相关降解（ER-associated degradation, ERAD）过程。ERAD能够将错误折叠的蛋白质从内质网中逆向转运至细胞质，随后被泛素化并由蛋白酶体降解，从而防止错误折叠的蛋白质进入分泌途径。

尽管已有大量研究探讨了植物在非生物和生物胁迫下的细胞器蛋白组变化，但针对内质网蛋白组的研究相对较少。许多研究集中于线粒体和叶绿体蛋白组，而对内质网蛋白组的系统分析尚未见报道。本研究通过先进的蛋白质组学技术，首次对鹰嘴豆在脱水胁迫下的内质网蛋白组进行了全面分析。这不仅有助于揭示植物在脱水胁迫下的分子机制，也为未来培育耐旱性强的鹰嘴豆品种提供了理论基础。

在实验过程中，研究人员首先从鹰嘴豆幼苗中分离出内质网，使用超速离心法并结合酶活性检测、免疫印迹和生化分析验证内质网的纯度。随后，对28天龄的鹰嘴豆植株进行甘露醇诱导的脱水胁迫处理，并利用Easy-nlc LC-MS/MS技术分析内质网蛋白的表达变化。通过设定显著性阈值（p < 0.05）和对数2倍变化（log2 fold change > 1.5或< 0.66），研究人员鉴定了296个差异表达蛋白（differentially expressed proteins, DEPs），其中190个上调，106个下调。上调的蛋白主要涉及内质网应激响应、运输、代谢、细胞组织结构和生物合成过程，表明这些蛋白在维持鹰嘴豆在脱水胁迫下的正常生理功能中起着关键作用。值得注意的是，钙离子转运ATP酶（calcium-transporting ATPases）在这一过程中表现出显著的上调，这些酶负责将钙离子重新泵入内质网，从而维持细胞内钙离子平衡。此外，鞘氨醇-1-磷酸酶（sphingosine-1-phosphate lyase）也表现出上调趋势，该酶在细胞迁移、免疫反应和生长调控中发挥重要作用，并通过调节鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate, S1P）的生成与降解，维持细胞内S1P的稳态。

在下调的蛋白中，泛素连接酶E2变体（ubiquitin-conjugating enzyme E2 variant）的表达显著降低。该酶在泛素转移过程中起关键作用，并与其他泛素连接酶相互作用，降解错误折叠的蛋白质。这表明在脱水胁迫下，植物可能通过减少错误折叠蛋白的降解来应对细胞内压力。此外，研究团队还对一个关键的差异表达蛋白ERD-14进行了克隆和生物信息学分析，并结合共聚焦显微镜技术确认其在细胞核中的主要定位。这一发现提示ERD-14可能在植物应对脱水胁迫的过程中发挥新的作用，尤其是在细胞核与内质网之间的信号传递中。

除了蛋白质组学分析，本研究还评估了鹰嘴豆在脱水胁迫下的生理、生化和表型响应。研究人员通过监测相对含水量（relative water content, RWC）、色素含量、丙二醛（malondialdehyde, MDA）和脯氨酸（proline）含量等指标，分析了植物在脱水胁迫下的适应能力。这些指标的变化反映了植物在脱水胁迫下的应激反应，包括细胞膜渗透性的变化、抗氧化系统活性的调整以及细胞内渗透调节物质的积累。同时，研究人员还通过邻苯二胺（DAB）染色法检测了组织中过氧化氢（hydrogen peroxide, H?O?）的积累情况，以评估脱水胁迫引发的氧化应激水平。结果显示，脱水胁迫显著增加了H?O?的积累，这可能是细胞内氧化损伤加剧的原因之一。

然而，H?O?在植物的应激反应中也具有信号作用。它能够调节细胞内的氧化还原状态，并在植物对脱水胁迫的适应过程中发挥关键作用。植物的脱水耐受性依赖于两种主要的生理适应机制：一是维持在胁迫条件下的高水分状态，二是通过调节抗氧化系统和渗透调节物质来应对细胞内氧化应激和渗透胁迫。本研究的结果表明，内质网蛋白组的变化与这些生理适应机制密切相关，特别是那些与钙离子转运、S1P代谢以及蛋白质折叠和降解相关的蛋白。这些蛋白的表达变化可能影响植物在脱水胁迫下的整体生理状态，进而影响其生长和发育。

本研究的发现不仅有助于理解植物在脱水胁迫下的分子机制，也为未来通过分子育种手段开发耐旱性强的鹰嘴豆品种提供了重要的理论依据。通过对内质网蛋白组的系统分析，研究人员可以识别出关键的基因和功能通路，这些基因和通路可能在植物适应脱水胁迫的过程中起着重要作用。例如，钙离子转运ATP酶和S1P代谢相关蛋白的上调可能表明植物在尝试通过增强钙离子平衡和S1P信号传递来维持细胞功能。而泛素连接酶E2变体的下调可能提示植物在减少错误折叠蛋白的降解，以保存细胞内的资源。

此外，ERD-14的定位分析为研究内质网与细胞核之间的相互作用提供了新的视角。这一蛋白可能在植物应对脱水胁迫的过程中发挥重要作用，尤其是在调控细胞内信号传导和应激响应方面。未来的研究可以进一步探讨ERD-14的具体功能及其在植物抗逆性中的潜在作用，这可能为开发新的抗旱基因提供线索。

总的来说，本研究通过综合运用多种技术手段，首次对鹰嘴豆在脱水胁迫下的内质网蛋白组进行了全面分析。这一研究不仅揭示了内质网在植物应对脱水胁迫中的关键作用，还为理解植物的抗逆机制提供了新的视角。随着对植物蛋白组学研究的深入，未来有望通过调控关键蛋白的表达，提高植物在极端环境下的生存能力，从而保障农业生产的稳定性。