养分胁迫对水稻籽粒灌浆充实影响的蛋白质组学研究

 以杂交早稻威优916为试验材料,采用水培方式栽培,生育后期设置养分胁迫和全营养液两种处理,从蛋白质组学角度研究后期持续的养分胁迫对水稻籽粒灌浆的影响,以期为水稻高产栽培提供科学依据。籽粒蛋白质经双向电泳分离后共获得了37个发生差异表达的蛋白质,经串联质谱分析(ESI Q MS/MS),27个蛋白质功能得到鉴定,包括4个参与光合作用的蛋白质、13个与籽粒充实发育相关的蛋白质、9个逆境相关的蛋白质及1个呼吸代谢相关的蛋白质。分析结果表明,养分胁迫下,逆境相关蛋白质在籽粒灌浆的前中期大量上调表达,籽粒光合作用减弱,后期呼吸作用增强,籽粒的氮代谢受到显著影响,谷蛋白及胚蛋白表达相对滞后,蛋白质和脂肪合成减少,从而造成籽粒灌浆不足,产量降低。     

晋麦47幼苗叶片水分胁迫差异表达蛋白的鉴定与分析

为了从蛋白质水平进一步揭示小麦抗旱机理,以旱地小麦品种晋麦47为试验材料,采用蛋白质双向电泳技术,结合质谱鉴定技术,研究幼苗在正常供水与水分胁迫(-0.5 MPa的PEG-6000溶液处理48h)后叶片蛋白质组表达谱间的差异,分析水分胁迫差异表达的蛋白种类及其功能.研究发现,在正常供水和水分胁迫处理两种条件下,幼苗叶片蛋白的双向电泳图谱均可重复检测到850个蛋白点;31个蛋白点在两种供水水平间表达量存在显著差异,其中17个蛋白点在水分胁迫处理下表达量明显增加,14个蛋白点表达量明显减少.对这些蛋白点进行肽指纹图谱分析,并利用Mascot软件在NCBInr数据库搜索,最终有26个蛋白点被成功鉴定;其中,未知功能蛋白7个;已知功能蛋白19个,主要涉及能量、代谢、抗病与防御、细胞结构、转录与翻译以及信号转导等功能类别.结果表明,小麦体内的多个代谢及调控途径参与了对干旱的应激反应.最后,本文还对鉴定到的差异蛋白点与水分胁迫的关系进行了分析和讨论.     

野生二粒小麦根中干旱响应蛋白的分离与鉴定

为了解野生二粒小麦响应干旱胁迫的调控机制,分析了干旱胁迫下小麦根的相对含水量、丙二醛、脯氨酸和过氧化氢含量,采用双向电泳(2-DE)结合MALDI-TOF-TOF-MS方法分离和鉴定了野生二粒小麦根中干旱响应蛋白的变化。结果表明,随着干旱处理时间的延长,野生二粒小麦根的相对含水量下降,脯氨酸含量先上升后降低,过氧化氢含量和丙二醛含量上升;复水后的野生二粒小麦根的相对含水量、脯氨酸含量有所升高,但未达到对照的水平。通过对干旱处理6d后根系的总蛋白进行双向电泳分离和MALDI-TOFTOF生物质谱鉴定,成功鉴定出26个差异表达蛋白,13个上调表达,13个下调表达。26个差异表达蛋白的功能主要涉及信号传导、氧化解毒、碳代谢、能量代谢、蛋白质生物合成及细胞骨架稳定。推测野生二粒小麦为适应干旱胁迫,通过根部感应胁迫信号,并传导至细胞内,影响小麦根中蛋白质的生物合成、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、细胞骨架形成;通过抗氧化酶系统和抗氧化物质的作用,将过多活性氧加以清除;通过增加胞内脯氨酸含量,降低根中水分损失。     

野生一粒小麦根干旱响应蛋白的筛选与鉴定

为解析野生一粒小麦根响应干旱胁迫的调控网络,用20%(w/v)PEG6000处理两叶一心期野生一粒小麦,通过对小麦根蛋白质的分离和鉴定,分析了干旱胁迫下野生一粒小麦根中的蛋白质变化。结果共分离、鉴定得到85个表达差异倍数在1.5以上的蛋白质。这些差异蛋白主要涉及碳代谢(27%)、氨基酸代谢(15%)、解毒与防御(11%)、分子伴侣(8%)、能量代谢(8%)、信号传导(6%)、蛋白质代谢(5%)、脂代谢(4%)、转录与翻译(4%)、核苷酸代谢(2%)以及骨架蛋白(1%)。对这些表达差异蛋白进行进一步的功能分析,发现大部分信号传导相关蛋白上调表达;碳代谢途径中的糖酵解相关蛋白下调表达,而磷酸戊糖途径相关蛋白上调表达。同时下调表达的还包括蛋白质代谢相关蛋白。大部分氨基酸代谢相关蛋白质下调表达,但是谷氨酸脱羧酶及甲硫氨酸合酶含量上升。结果表明,干旱胁迫增强了野生一粒小麦根中信号传导与磷酸戊糖途径代谢,促进了谷氨酸与甲硫氨酸的生物合成,降低了糖酵解与蛋白质代谢等过程。研究结果丰富了野生一粒小麦根响应干旱胁迫机制信息。     

低温-干旱交叉胁迫对东农冬麦1号地下茎蛋白表达的影响

为给寒地冬小麦抗逆性的分子育种提供依据,采用蛋白质双向电泳及质谱技术,对不同低温-干旱交叉胁迫下抗寒品种东农冬麦1号地下茎的蛋白质表达进行了比较分析。结果表明,在pH 4~7范围内,在东农冬麦1号地下茎蛋白表达图谱中发现25个蛋白点在低温-干旱交叉作用下的表达量与单独低温胁迫下有明显差异,其中9个蛋白点在干旱-低温交叉作用下表达量上调,16个下调。对差异蛋白点进行质谱分析,并通过数据库检索进行蛋白质鉴定,得到完整的肽指纹图谱,其中逆境诱导蛋白占26%,代谢相关蛋白占38%。     

灌浆期持续干旱对小麦光合、抗氧化酶活性、籽粒产量和品质的影响

为解析灌浆期持续干旱对优质强筋小麦生长发育的影响,以大面积推广种植的优质强筋早熟多抗小麦品种西农979为材料,从旗叶光合作用、抗氧化酶活性、籽粒淀粉和蛋白质积累过程等方面分析其在灌浆期不同阶段对干旱胁迫的响应特征。结果表明,与正常水分供应(CK)相比,干旱胁迫下花后10 d后小麦旗叶相对含水量下降,变化不显著,而POD、CAT和SOD活性升高,旗叶气孔导度、蒸腾速率、净光合速率等显著下降。随着干旱胁迫时间的延长,旗叶光合能力显著下降,活性氧清除酶活性均呈下降趋势,其中POD和SOD活性下降速度低于CK。灌浆期干旱胁迫显著降低植株结实率、籽粒长宽、饱满度、千粒重等,导致产量显著下降,并减少籽粒直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量及淀粉直支比,增加籽粒蛋白质含量。由此可见,灌浆期持续干旱会降低小麦光合能力,增强抗氧化能力,抑制籽粒淀粉合成和积累,影响植株结实、籽粒发育和品质形成。     

灌浆期高温与干旱对小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达的影响

灌浆期高温与干旱是影响小麦籽粒淀粉合成与积累的重要因素。为探讨灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉合成及积累的影响机理,以郑麦366为试验材料,采用大田盆栽和人工气候室模拟高温相结合的方法,研究了灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达特性及淀粉含量的影响。结果表明,灌浆期高温导致小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达高峰期提前,并不同程度抑制淀粉合成相关酶基因的表达;干旱胁迫不同程度提高了 AGPL1、 AGP1-a、 AGP1-b、GBSSI、SSI、SSIIc、SSIIIb、BEI、BEIIb、 ISA2、PHOH基因的表达量,降低其余被测基因表达量;高温和干旱复合胁迫与单因素胁迫对被测指标的影响不尽相同,表明两者对某些指标存在互作效应。高温与干旱均导致成熟期籽粒直链、支链和总淀粉含量下降。淀粉合成相关酶基因表达特性与淀粉积累密切相关。综上所述,高温与干旱改变了淀粉合成相关酶基因的表达,使淀粉积累受抑,导致小麦籽粒淀粉含量和产量下降。     

灌浆期夜间高温胁迫下耐热和热敏感水稻籽粒的比较蛋白质组分析

【目的】为了阐明水稻灌浆期耐夜间高温的分子机制,提高水稻耐热性,鉴定了水稻近等基因系耐热纯系XN0437T与热敏感纯系XN0437S在灌浆期夜间高温胁迫下的差异表达蛋白质。【方法】采用桶栽方法培育水稻,于开花期标记同一天扬花的颖花以保障所取颖花样品的生育进程一致;于水稻灌浆初期(花后第8天)进行夜间高温处理。高温处理结束后剪取带标记的颖花提取水稻籽粒总蛋白质,采用8-plex i TRAQ试剂盒进行蛋白质样品的差异显色标记,标记样品采用高效液相系统进行质谱鉴定及定量分析。【结果】鉴定并定量了3130个蛋白质,耐热与热敏感水稻纯系间存在36个差异表达蛋白质。蛋白质功能注释结果显示,鉴定的36个差异表达蛋白质中仅14个蛋白质(占38.9%)注释了功能,12个蛋白质(占33.3%)为推测性功能注释,10个(占27.8%)为功能未知的蛋白质。已注释功能的14个蛋白质中,5个蛋白质参与能量代谢,3个蛋白质参与物质转运与代谢,2个蛋白质参与光合作用,3个蛋白质为响应逆境的锌指蛋白质,1个蛋白质为响应逆境的热激蛋白质。【结论】灌浆期夜间高温影响水稻籽粒细胞内参与能量代谢、物质转运与代谢、光合作用等相关蛋白质的表达模式。水稻籽粒细胞中锌指蛋白质Q67TK9、Q10N88上调表达,锌指蛋白质Q5YLY5下调表达,有利于提高水稻灌浆期对夜间高温的耐热性。     

低温胁迫下小麦幼穗中差异表达蛋白质的鉴定

为探究低温胁迫下小麦幼穗中胁迫响应差异表达蛋白,采用IEF/SDS-PAGE双向凝胶电泳及质谱技术,以低温敏感品种SW601和低温不敏感品种陇麦157为材料,对常温生长、0℃低温胁迫12h和72h的幼穗全蛋白进行了分析。结果表明,在pH 4~7时,SW601和陇麦157各处理幼穗蛋白图谱中均可重复检测到800~900个有效蛋白质点;低温胁迫12h、72h后,SW601和陇麦157中上调表达的蛋白点分别有120个和101个,下调表达的蛋白点分别有92个和60个。对2种胁迫处理下均差异表达且Ratio2的54个蛋白点进行质谱分析,成功鉴定出43个差异蛋白。经数据库搜索匹配和蛋白质鉴定,这43个差异蛋白分别属于胁迫应激/防御相关蛋白、光合作用蛋白、蛋白代谢相关蛋白、碳水化合物代谢相关蛋白、信号传导相关蛋白、能量产生和运输相关蛋白和未知功能蛋白等7类蛋白。其中,抗坏血酸过氧化物酶、Cu/Zn超氧化物歧化酶和胚胎后期发育富集(LEA)同源蛋白14-A等蛋白的表达量在低温不敏感材料陇麦157中变化显著,而在低温敏感材料SW601中没有表达,这可能与小麦幼穗在低温逆境下的代谢调控和低温敏感特性有一定关系。     

灌浆前期高温对小麦籽粒氮代谢关键酶活性的影响

为探讨花后高温胁迫对小麦籽粒氮代谢及蛋白质合成的影响机制,以黄淮地区高产小麦品种郑麦366为材料,利用人工气候室模拟花后高温的方式,在盆栽条件下研究了灌浆前期短暂高温对小麦强势粒和弱势粒谷丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)活性的影响.结果表明,灌浆前期高温显著提高了籽粒蛋白质含量,降低了籽粒蛋白质积累量和氮代谢关键酶GPT、GOT活性,其中强势粒GPT活性受高温胁迫的影响较大.小麦籽粒蛋白质含量与GPT和GOT活性均呈负相关,但相关性在不同时期间、强势粒与弱势粒间有差异,强势粒GPT活性与蛋白质含量的关系更密切.     

PEG 6000胁迫对小麦三叶期蛋白表达的影响

为了探索干旱胁迫下小麦蛋白质表达的变化,选取旱地品种烟D27、 陕优225和水地品种新麦18、小偃22、1031为材料,在小麦三叶期,用18%和35%两种浓度的聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫,处理待试小麦24 h后,用TCA丙酮法提取叶片全蛋白,通过SDSPAGE电泳分析小麦在干旱胁迫后的蛋白质带谱,并运用高效液相色谱质谱联用技术鉴定了新麦18的35.0 kD干旱敏感蛋白条带。结果表明,PEG6000胁迫后分子量28.0 kD蛋白在水地品种中消失,在旱地品种中正常表达或诱导表达。此外,干旱胁迫使抗旱品种烟D27诱导产生33.0和23.0 kD干旱应答蛋白条带,导致抗旱性弱的水地品种新麦18的35.0 kD蛋白条带消失。对新麦18的 35.0 kD蛋白条带进行液相色谱分离结合质谱分析后发现其含有17种与基本生命活动有关的蛋白,这些蛋白与小麦对干旱胁迫的适应性代谢调节有关。     

PEG-6000干旱胁迫对小麦三叶期蛋白表达的影响

为了探索小麦在正常情况和干旱胁迫下的蛋白质表达变化,选取旱地品种烟D27、 陕优225和水地品种新麦18、小偃22、10-31为材料,在小麦三叶期,用18%和35%两种浓度的聚乙二醇(PEG-6000)干旱胁迫,处理待试小麦24 h后,收获处理的叶片。TCA丙酮法提取叶片全蛋白,通过SDS-PAGE分析小麦在干旱胁迫后蛋白质的表达变化。并运用高效液相色谱－质谱联用技术鉴定了新麦18的35.0kD水分敏感诱导蛋白条带。结果表明,PEG-6000胁迫后分子量28.0 kD蛋白在水地品种中消失,在抗旱品种中正常表达或诱导表达。此外,抗旱品种烟D27诱导出33.0kD和23.0 kD干旱应答蛋白条带;水地品种新麦18的35.0kD蛋白条带消失。对新麦18的 35.0kD蛋白条带进行液相色谱分离结合质谱分析后发现其含有17种与基本生命活动有关的蛋白,这些蛋白与小麦对干旱胁迫的适应性代谢调节有关。     

外源α 酮戊二酸对干旱胁迫下小麦籽粒灌浆和产量形成的影响

为建立冬小麦抗旱应变化学调控技术,以矮抗58为材料,在大田试验条件下研究了外源喷施不同浓度α-酮戊二酸对干旱胁迫下冬小麦籽粒灌浆与产量的影响。结果表明,外源喷施不同浓度α-酮戊二酸对小麦产量均有提高,其中以5mmol.L-1α-酮戊二酸处理增产效果最显著,产量和千粒重与对照相比均达显著水平,干旱处理低于正常对照。进一步分析可知,外源喷施5mmol.L-1α-酮戊二酸能增强干旱胁迫下冬小麦干物质的积累,提高旗叶叶绿素含量并延缓其降解速度,有机物质的转运率得到提高,理论最大粒重、平均灌浆速率、最大灌浆速率、有效灌浆持续期均表现为浓度5mmol.L-1处理时最大。说明外源喷施适宜浓度的α-酮戊二酸能显著改善干旱胁迫下冬小麦的物质生产状况。     

大豆种子发育过程中差异表达蛋白的蛋白质组分析

采用蛋白质组学技术研究了大豆N2899种子发育过程中蛋白质的差异表达。运用PDQuest软件比较分析不同发育时期（15,20,30,40,50 DAF和成熟种子）大豆种子蛋白的双向电泳图谱,在考染的2-D胶上共检测到337个蛋白点。有些蛋白质在整个发育过程中都出现,而另外一些只出现在发育早期或成熟的种子中。利用基质辅助-激光解吸／电离-飞行时间-质谱（MALDI-TOF-MS）技术,分析了不同发育时期30个差异表达蛋白,并用Pro-found（http：／／www．prowl．rockefeller．edu）工具,对质谱产生的肽质量指纹（PMF）数据进行NCBInr数据库检索,结果鉴定了18个蛋白质。比较发现,这些蛋白主要参与种子的成熟（如伴豆球蛋白）、逆境胁迫反应（如抗坏血酸过氧化酶）、细胞分裂（如Skp1）和蛋白运输（如钙网蛋白）等。研究表明,种子发育过程十分复杂,所鉴定的蛋白质,可为从分子水平上研究大豆种子发育进程中蛋白的积累和调控奠定基础。     

干旱胁迫下小麦幼苗基因表达谱的cDNA AFLP分析

为了分离和识别小麦抗旱相关基因,给小麦抗旱节水育种提供依据,以既抗旱又具备高水分利用效率的新疆春小麦主栽品种新春6号为材料,采用cDNA-AFLP技术,分析了小麦在两叶一心期干旱胁迫条件下的诱导表达基因。通过253对引物组合的筛选,共得到748个干旱胁迫特异上调表达的转录衍生片段(TDF)。对其中22条片段进行克隆、测序、Blastx比对和功能分类分析的结果表明,有18个TDFs所推导的蛋白质序列与NCBI已有序列同源,功能涉及逆境胁迫反应、发育、信号转导、抗病蛋白、跨膜转运、能量代谢等方面;有4个TDFs在NCBI找到同源序列,但功能未知。