外源ABA調(diào)控水稻籽粒灌漿的差異蛋白組學(xué)分析.pdf

1、水稻尤其是大穗型水稻存在著明顯的異步灌漿現(xiàn)象,具體表現(xiàn)在強(qiáng)勢(shì)籽粒灌漿啟動(dòng)早、速度快,易形成飽粒；弱勢(shì)穎花獲得灌漿物質(zhì)的能力弱,灌漿啟動(dòng)遲、速度慢、灌漿結(jié)實(shí)差,制約著水稻高產(chǎn)潛力的發(fā)揮。強(qiáng)弱勢(shì)籽粒中內(nèi)源激素ABA含量的不同是造成強(qiáng)弱勢(shì)籽粒異步灌漿的一個(gè)重要因?yàn)?。目前?duì)ABA調(diào)控籽粒灌漿的機(jī)理分析主要集中在生理指標(biāo)的測(cè)定上,而對(duì)其分子機(jī)制的分析尚缺乏。本研究以花后15天在水稻(大穗型品種-金恢809)穗上部進(jìn)行連續(xù)5天的外源ABA噴施作為處

2、理,同時(shí)以噴施清水為對(duì)照,運(yùn)用雙向電泳結(jié)合熒光定量PCR(qRT-PCR)技術(shù),在蛋白表達(dá)以及轉(zhuǎn)錄水平探討ABA調(diào)控弱勢(shì)籽粒灌漿的分子機(jī)制,為進(jìn)一步改善弱勢(shì)籽粒灌漿結(jié)實(shí)差的現(xiàn)象提供重要的理論依據(jù)。
　　 生理指標(biāo)測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)外施ABA能夠顯著提高弱勢(shì)籽粒中內(nèi)源ABA的含量,同時(shí)弱勢(shì)籽粒的粒重較對(duì)照表現(xiàn)出上調(diào)的趨勢(shì),但強(qiáng)勢(shì)籽粒重沒有受到影響,說明在籽粒灌漿中期外施ABA確能有效的促進(jìn)弱勢(shì)籽粒的灌漿。
　　 為從分子機(jī)理角度

3、揭示弱勢(shì)籽粒灌漿對(duì)ABA調(diào)控的響應(yīng)機(jī)制,本研究采用差異蛋白組學(xué)對(duì)花后20天的弱勢(shì)籽粒進(jìn)行進(jìn)一步分析,一共構(gòu)建了ABA與清水兩種處理下的弱勢(shì)籽粒灌漿圖譜,通過軟件分析在每張膠上檢測(cè)到有1000多個(gè)蛋白點(diǎn),在外源ABA處理下弱勢(shì)籽粒中共檢測(cè)到111個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn),通過MALDI TOF／TOF MS分析以及MASCOT數(shù)據(jù)庫檢索,其中有100個(gè)蛋白點(diǎn)得到成功鑒定,其中64個(gè)蛋白點(diǎn)出現(xiàn)上調(diào)表達(dá),36個(gè)下調(diào)表達(dá)。根據(jù)蛋白在籽粒代謝中的功能共分

4、為8大功能組,包括碳代謝(28),蛋白代謝(23),氨基酸代謝(15),細(xì)胞生長(zhǎng)與發(fā)育(7),抗御與次級(jí)代謝(10),能量代謝(9),籽粒光合代謝(8),11個(gè)未鑒定出的蛋白則歸入未知功能組。
　　 蛋白功能的分析結(jié)果表明,外源ABA處理對(duì)弱勢(shì)籽粒中碳代謝相關(guān)途徑影響較大。共鑒定到28個(gè)蛋白(28／100),按照所屬的代謝途徑可進(jìn)一步歸為兩大類:蔗糖-淀粉代謝(9)和為淀粉代謝提供能量與中間代謝物的細(xì)胞呼吸代謝(19),包括磷酸

5、戊糖途徑(HMP,1),糖酵解途徑(EMP,3),三羧酸循環(huán)(TCA,12)和乙醇代謝途徑(AF,3)。外源ABA正是通過改變上述代謝途徑中關(guān)鍵蛋白的表達(dá)豐度,如促進(jìn)蔗糖的轉(zhuǎn)化,支鏈淀粉的合成,HMP代謝以及TCA代謝,抑制乙醇代謝以及EMP代謝等相關(guān)蛋白的表達(dá),從而影響弱勢(shì)籽粒的淀粉合成進(jìn)程。
　　 進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),籽粒能量代謝(9／100),蛋白合成,分解,以及修飾等代謝途徑(23／100),氨基酸代謝(15／100),細(xì)胞

6、發(fā)育和分裂、生長(zhǎng)代謝(7／100),以及籽粒光合代謝(8／100)也相應(yīng)上調(diào)表達(dá),以為活躍的淀粉合成提供及時(shí)的調(diào)控,充分的空間和材料,同時(shí)籽粒防御和第二代謝途徑(10／100)也出現(xiàn)一定的增強(qiáng),大力保證籽粒灌漿的充分,順利進(jìn)行。
　　 此外,本研究從上述出現(xiàn)差異表達(dá)的蛋白中選取了具有代表性的22個(gè)蛋白,設(shè)計(jì)引物,運(yùn)用qRT-PCR在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果顯示68.18％的差異點(diǎn)其蛋白表達(dá)模式與mRNA表達(dá)相符,31.82％的蛋白

7、點(diǎn)則與其mRNA表達(dá)不同,一定程度上符合了蛋白差異點(diǎn)中鑒定出的具有不同表達(dá)趨勢(shì)的同分異構(gòu)體現(xiàn)象,主要因?yàn)榭赡苁怯捎趍RNA轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中的不同的修飾而導(dǎo)致的。
　　 綜上所述,籽粒灌漿中期外源ABA處理下,弱勢(shì)籽粒內(nèi)源ABA含量也相應(yīng)上升,通過改變?nèi)鮿?shì)籽粒中的一系列的代謝途徑,從而促進(jìn)了弱勢(shì)籽粒的灌漿,提高了粒重以及品質(zhì)。本研究的結(jié)果為揭示ABA調(diào)控水稻籽粒灌漿提供了一定的理論依據(jù),同時(shí)也為下一步分子改良水稻弱勢(shì)籽粒的灌漿奠定