氯化钾提高玉米茎腐病的蛋白质组学分析(2)
在对玉米茎腐病的防治中，有化学防治、生物防治、物理防治、农业防治等，其中农业防治，不但可以有效降低病害，而且对于实现世界范围内有害生物持续治理(Sustainable Pest Management，SPM)、可持续植物保护(Sustainable Crop Protection，SCP)，减少农药用量，保护生态环境等，均具有重要的意义。在这种背景下，通过合理施肥，在满足植物生长所需营养物质的同时，改善植物自身的健康状况，以提高植物抗病能力，具有绿色、环保、可持续的战略意义。钾肥对植物病虫害的影响目前国内外已有许多报道。Holzmueller等（2007）通过施用钾肥，能有效提高山茱萸叶片的钾浓度，有利于保持其叶片的健康，从而抵御炭疽病的发生[5]；Sharma等（1994）发现施用钾肥能降低油菜黑斑病的发病率[6]；温瑞等（1999）对玉米施用钾肥，能有效抑制玉米茎腐病的发生[7]。然而，植物细胞中含量丰富的K+，它有两个重要的特点，一是能高速透过生物膜；二是它与酶促反应关系密切。钾的这两个突出特点决定其在植物生理过程中起着重要作用。钾素有多种形态，其中氯化钾是世界普遍使用的一种钾肥。目前，在钾对玉米的抗病机制研究的报道主要有，Heckman等（1998）在玉米茎腐病上的研究发现，氯化钾抑病效果优于硫酸钾[8]。Sanogo and Yang (2001) 通过温室培养发现，钾肥在降低植物发病率方面，除钾素起作用外，其他伴随的阴离子也可能影响植物抗病性，如氯离子、磷酸根离子等[9]。其中氯离子能抑制硝化作用、文持植物组织膨压、改变根际病原微生物的生存环境、增加锰的有效性等[10,11,12,13]。这些研究报道，为我们研究玉米茎腐病的抗病机制提供了很好的思路与策略。
在生物体内，核酸通过转录、翻译成蛋白质，蛋白质是生命活动的功能执行者，对其深入的了解，有利于揭示基因的功能及生命现象的本质。蛋白组学是近年来发展的新技术，能够对细胞和组织内蛋白质的表达、性质、修饰及作用等进行大规模、全方位的研究。蛋白质浓度对于其实现功能有着重要的意义。一种特殊蛋白质在浓度上的变化预示着细胞的突变过程。同时，许多蛋白质生物标记物也是以含量丰度的变化来显示植物体内某种功能的实现或者疾病的发生。因此，对蛋白质的相对和绝对浓度进行测量就显得非常重要。相对和绝对定量的等量异位标签 (isobaric tags for relative and absolute quantitation, iTRAQ) 技术是由美国应用生物系统公司研发的一种多肽体外标记技术，使用该技术可以寻找差异表达蛋白，并分析其蛋白功能，同时可以对一个基因组表达的全部蛋白质或一个复杂的混合体系中的所有蛋白质进行鉴定和精确定量[14]。该技术自开发以来，以其独特的优势在蛋白质组学定量研究中得到了广泛的应用。目前，iTRAQ技术在医学领域的研究中使用比较多[15]，在植物学领域中的报道相对较少[16]，对于使用其研究玉米茎腐病的报道尚未见到 。
综上所述，玉米茎腐病在玉米主产区发生较严重，对于其抗病机理研究相对较少，寻找抗病关键蛋白，培育抗病新品种无疑是最根本的抗病防治方法之一。但是，采用蛋白质组学方法，对氯化钾抑制玉米茎腐病机理的研究还未见报道。本研究将运用蛋白质组学技术，以禾谷镰刀菌为茎腐病菌代表，侵染玉米幼苗茎部，主要探讨以下几方面的内容：⑴ 对比正常生长的玉米幼苗茎部和接种禾谷镰刀菌的玉米茎部总蛋白差异变化情况，寻找禾谷镰刀菌侵染玉米幼苗后的关键差异蛋白，并分析其功能；（2）对接种禾谷镰刀菌的玉米幼苗施加氯化钾，比较其前后的差异蛋白，并分析其功能；（3）综合分析，明确重要差异蛋白质的功能和所参与的代谢途径，解析氯化钾提高玉米茎腐病的蛋白质机制。