玉米早期发育阶段粒位效应的蛋白质组学分析

• 作者: 于涛 刘鹏 张吉旺 李耕 柏晗 董树亭 赵斌
• 来源期刊: 中国农业科学
• 关键词: 玉米 粒位效应 早期发育 差异表达蛋白质 蛋白质功能
• 年，卷（期）: 2016,（1）
• 所属期刊栏目: 耕作栽培·生理生化·农业信息技术
• 页码范围: 54-68
• 语种: 中文
• DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.01.005

摘要

[目的]从蛋白质组学的角度研究早期发育阶段玉米上、中部籽粒差异表达的蛋白质,分析其功能,探明玉米粒位发育差异的分子机理.[方法]在大田条件下,以粒位效应显著的玉米品种登海661 (DH661)为供试材料,90 000株/hm2密度下种植,在开花期人工饱和授粉后0、3、6、12d取果穗上部与中部籽粒.采用TCA-丙酮沉淀法提取籽粒总蛋白,双向电泳分离后获得蛋白质图谱.分别以0、3、6、12 d中部籽粒的凝胶作为参考胶,将上部籽粒凝胶与其进行比对,利用Image master 2D 7.0软件分析籽粒早期发育不同阶段上、中粒位蛋白质表达的差异.通过MALDI-TOF/TOF MS质谱分析及NCBI数据库搜索,对差异表达蛋白质进行鉴定并分析其涉及的生物学功能.[结果]较高密度种植后,果穗籽粒早期发育阶段共检测到超过1000个清晰蛋白质点.通过图像处理软件成对匹配分析,果穗上、中部籽粒早期发育阶段差异蛋白质点为66个,其中52个蛋白质点与NCBI数据库匹配,鉴定率为78.8％.差异蛋白质涉及籽粒呼吸与能量代谢(1 0个蛋白质点,19％)、胁迫与防御(9个蛋白质点,17％)、蛋白质代谢(9个蛋白质点,17％)、氮代谢(6个蛋白质点,11％)、细胞分化与增殖(5个蛋白质点,10％)、转录与翻译(5个蛋白质点,10％)、次生物质代谢(3个蛋白质点,6％)等功能范畴.对相关的差异蛋白质表达丰度分析,与中部籽粒相比,上部籽粒涉及细胞分化与增殖、呼吸与能量代谢的大部分蛋白质在一个或多个时间段内均显著下调,说明上部籽粒胚乳细胞增殖及呼吸能量代谢能力显著降低.同时,上部籽粒涉及胁迫与防御的多种抗氧化酶系、乙二醛酶1以及涉及蛋白质代谢的4个分子伴侣蛋白质在发育早期也处于低水平表达,说明上部籽粒应对逆境条件防御能力较弱且蛋白质结构不稳定.另外,与中部籽粒相比,上部籽粒氮代谢中丙氨酸转氨酶以及S-腺苷甲硫氨酸合成酶1在授粉后6-12 d内均下调表达,说明上部籽粒氮同化能力较弱,影响后续的氨基酸合成与蛋白质代谢过程.[结论]与果穗中部籽粒相比,上部籽粒细胞分化与增殖相关蛋白质的表达水平较低,呼吸与能量代谢能力较弱,导致上部籽粒库容与库活性降低.另外,面对氧化应激等逆境时,上部籽粒相关的抗氧化酶以及分子伴侣蛋白表达水平较低,致使其防御能力低于中部籽粒.丙氨酸转氨酶、S-腺苷甲硫氨酸合成酶1 (SAMS)的差异表达也可能是导致粒位效应的重要原因.