揭开果实衰老的秘密
文/中国科学院植物研究所 秦国政
近日，来自中国科学院植物研究所的研究人员通过蛋白质组学结合免疫杂交以及细胞生物学等技术解析了线粒体蛋白氧化损伤调控果实成熟衰老的可能机制，该研究将为进一步解析线粒体在果实成熟衰老过程中的重要作用提供重要的技术平台。这一研究成果发表在Journal of Proteome Research（2009，8：2449-2462）杂志上。文章的第一作者是中科院植物所副研究员秦国政博士，其次是田世平研究员。
果实为开花植物所特有的发育器官，在种子的成熟和传播过程中发挥着重要作用。肉质果实中含有的丰富营养物质，包括纤维素、维生素、抗氧化剂等使得果实成为人们饮食的重要组成部分。成熟衰老是果实的重要特征之一，成熟期的控制影响着果实的供应时期。果实的这种生物学特征使得从分子生物学的角度解析果实的成熟衰老成为植物学研究的热点之一，有着重要的理论和应用价值。果实成熟衰老的研究主要集中在乙烯上。大量的研究表明，乙烯在控制果实的成熟衰老过程中发挥着极其重要的作用。但是，某些果实在成熟衰老过程中并不伴随着乙烯含量的升高，而是通过发育过程中的其他方式调控果实的成熟。探索果实成熟衰老的普遍调控方式至关重要，这将为现有的控制手段提供新的思路，从而使生产者能够更好地控制果实的成熟与衰老，延长贮藏期。研究表明，包括双氧水、超氧阴离子等在内的活性氧在果实的成熟衰老过程中可能发挥着重要作用，果实的成熟可能是果实内部活性氧的交替产生而引起的氧化现象。但是有关活性氧如何调控果实的成熟衰老，即活性氧调节果实成熟的作用机制还鲜有报道。
根据“衰老的自由基理论”，活性氧能够与蛋白质、脂类、核酸等生物大分子发生反应，使生物大分子发生降解或是失去生物活性。蛋白质氧化是一种不可逆的翻译后修饰，会引起蛋白质结构和功能的改变，进而导致蛋白质生物学功能的丧失。羰基化是蛋白质氧化的主要检测方法。羰基化可以通过氨基酸侧链直接氧化生成，或者是蛋白质与脂质过氧化产物、糖基化产物发生反应生成。大量的实验数据表明，蛋白质羰基化与生物体衰老密切相关。线粒体通过氧化磷酸化产生ATP，为生命活动提供能量，同时也是活性氧产生的主要场所，因此比其他细胞结构更加容易受到活性氧的攻击。一旦线粒体受到活性氧的攻击而发生功能损伤，细胞的各种代谢活动将会发生紊乱，从而导致衰老或者凋亡的发生。果实作为植物特有的发育器官，采摘后主要以呼吸代谢为主，随着贮藏时间的延长，活性氧大量积累，故而尤其容易受到活性氧的伤害。到目前为至，线粒体氧化损伤主要集中在对线粒体脂质和DNA的研究上，关于线粒体蛋白的损伤却研究较少，而对于果实中活性氧如何损伤线粒体蛋白的研究更是未见到过任何报道。
近年来，随着蛋白质组学的发展，双向凝胶电泳及质谱技术已经逐渐渗透到果实采后生理病理学研究的各个方面。研究人员从活性氧代谢的角度，通过蛋白质组学、蛋白免疫杂交以及其他生理生化分析，揭示了线粒体蛋白氧化损伤与果实成熟衰老的关系。研究发现，包括线粒体外膜蛋白、三羧酸循环相关蛋白以及抗氧化酶在内的线粒体蛋白在果实正常成熟衰老过程中发生了不同程度的氧化损伤。通过加速果实衰老和延缓衰老的方式，研究人员进一步从正反两个方面开展了工作，并认为这些蛋白在果实成熟衰老过程中可能发挥重要作用。
该研究成果中所涉及的果实线粒体提取纯化、线粒体蛋白双向电泳，以及蛋白质氧化损伤等技术，为进一步解析线粒体在果实成熟衰老过程中的重要作用提供了重要的技术平台。
下为线粒体蛋白氧化损伤研究流程图
（从不同衰老时期的果实中分离纯化线粒体，线粒体蛋白经单向或双向电泳分离后转移到PVDF膜上与特异性抗体进行杂交。双向免疫杂交图谱经过软件分析找到氧化损伤程度有差异的蛋白点以后，从考马斯亮蓝染色的胶上找到对应点并切胶进行质谱鉴定。）
