玉米早期发育阶段粒位效应的蛋白质组学分析.pdf

中国农业科学 2016,49(1):54-68 Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.01.005 玉米早期发育阶段粒位效应的蛋白质组学分析 于 涛，李 耕，刘 鹏，董树亭，张吉旺，赵 斌，柏 晗 （山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018 ） 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、12 d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 数据库有哪些信誉好的足球投注网站，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（10 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。 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 Proteomics Analysis of Grain Position Effects During Early Developmental Stages of Maize YU Tao, LI Geng, LIU Peng, DONG Shu-ting, ZHANG Ji-wang, ZHAO Bin, BAI Han (College of Agronomy, Shandong Agricultural University/Key Laboratory of Crop Biology of China, Taian 271018, Shandong) Abstract: 【Objective 】In order to understand the molecular mechanism of maize grain position effects, the function of differenti