玉米籽粒發(fā)育差異表達(dá)蛋白研究

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1、分類號(hào)S513學(xué)校代碼10129UDC633.1學(xué)號(hào)2009302001玉米籽粒發(fā)育差異表達(dá)蛋白研究StudyofDifferentiallyExpressedProteinsDuringMaizeKernelDevelopment申請(qǐng)人：石海波學(xué)科門類：農(nóng)學(xué)學(xué)科專業(yè)：作物栽培學(xué)與耕作學(xué)研究方向：作物生理生態(tài)指導(dǎo)教師：高聚林教授論文提交日期：二〇一五年十二月摘要玉米籽粒的發(fā)育過程就是玉米籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)形成的過程，其產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的結(jié)果，參與籽粒性狀的調(diào)控，研究籽粒發(fā)育差異表達(dá)蛋白，在蛋白質(zhì)水平上揭示籽粒發(fā)育機(jī)理，對(duì)提高產(chǎn)量和品質(zhì)的玉米育種和生理調(diào)控十分有意義。本文對(duì)

2、14個(gè)玉米自交系籽粒發(fā)育差異表達(dá)蛋白進(jìn)行了研究，主要研究結(jié)果如下：1.跟蹤測(cè)定了14份骨干自交系籽粒發(fā)育過程中籽粒體積、籽粒鮮重、干物質(zhì)以及淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等產(chǎn)量品質(zhì)指標(biāo)，并繪制曲線。依據(jù)籽粒鮮重、體積以及干物質(zhì)變化曲線，將供試材料籽粒發(fā)育時(shí)期劃分為籽粒形成期、迅速增重期和成熟期。2.優(yōu)化了玉米籽粒蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)體系。通過對(duì)酚提取法、TCA/丙酮法和可溶性蛋白提取法三種不同蛋白質(zhì)提取方法的蛋白質(zhì)量及電泳效果的比較，得出了可溶性蛋白提取法得到的蛋白最適合玉米籽粒雙向電泳研究。對(duì)上樣量、等電聚焦時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后各實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：選用24cm、pH4-7的IPG干膠

3、條，上樣量900ug，采取梯度升壓的方式，總聚焦80000Vhs。3.建立了鄭58和昌7-2以6d為時(shí)間間隔的玉米籽粒發(fā)育蛋白質(zhì)雙向電泳圖譜。鑒定差異表達(dá)蛋白點(diǎn)86個(gè)。分析表明，蘋果酸酶和醛縮酶等16個(gè)蛋白在兩份材料籽粒發(fā)育過程中的表達(dá)規(guī)律相同，甘氨酸豐富蛋白等蛋白在兩份材料籽粒發(fā)育過程中的表達(dá)規(guī)律不同。磷酸丙糖異構(gòu)酶等19個(gè)蛋白在兩材料全生育期表達(dá)，分泌蛋白等蛋白只在某一時(shí)期表達(dá)。4.鑒定了在供試14個(gè)玉米自交系籽粒形成期、迅速增重期和成熟期差異表達(dá)的蛋白質(zhì)點(diǎn)107個(gè)。其中106個(gè)點(diǎn)得到有效鑒定，得到51個(gè)蛋白。其中21個(gè)蛋白存在多個(gè)點(diǎn)鑒定為同一蛋白的現(xiàn)象，最多有20個(gè)蛋

4、白點(diǎn)鑒定為同一蛋白，少的有2個(gè)點(diǎn)為同一蛋白，其余30個(gè)蛋白具有專一的蛋白點(diǎn)。5.分析了51個(gè)蛋白在14份供試材料中的表達(dá)規(guī)律。按照差異表達(dá)蛋白在供試材料中高豐度表達(dá)的時(shí)期，差異表達(dá)蛋白可分為籽粒形成期特異表達(dá)蛋白、迅速增重期特異表達(dá)蛋白、成熟期特異表達(dá)蛋白、中早期、中晚期特異表達(dá)蛋白等。6.分析確定了影響玉米籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)鍵蛋白。通過對(duì)特異表達(dá)蛋白與籽粒產(chǎn)量性狀和品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)分析，得出了與6個(gè)籽粒產(chǎn)量品質(zhì)性狀密切相關(guān)的蛋白12個(gè)：與籽粒脂肪含量綜合關(guān)聯(lián)度最高的是成熟期的假定的蛋白ZEAMMB73-585316，關(guān)聯(lián)度值為0.9501，其次是籽粒形成期的推定的肌動(dòng)蛋

5、白家族蛋白。與籽粒蛋白含量綜合關(guān)聯(lián)度最高的是快速增重期的假定的蛋白ZEAMMB73-585316，關(guān)聯(lián)度值為0.9222，其次是成熟期的未描述的蛋白LOC100272498。與籽粒淀粉含量綜合關(guān)聯(lián)度最高的是成熟期的甘氨酸豐富蛋白1，關(guān)聯(lián)度為0.9323，其次是快速增重期的球蛋白2。與籽粒干物質(zhì)量綜合關(guān)聯(lián)度最高的是快速增重期的丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶，關(guān)聯(lián)度為0.9489，其次是快速增重期的磷酸丙糖異構(gòu)酶。與百粒重綜合關(guān)聯(lián)度最高的是成熟期的classⅣ熱激蛋白，關(guān)聯(lián)度為0.9460，其次是快速增重期的磷酸丙糖異構(gòu)酶。與百粒體積綜合關(guān)聯(lián)度最高的是快速增重期的丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶，關(guān)聯(lián)度為0.943

6、8，其次是快速增重期的磷酸丙糖異構(gòu)酶。7.對(duì)鑒定的蛋白進(jìn)行了GO注釋和Pathway代謝通路分析，并對(duì)差異表達(dá)蛋白在玉米籽粒發(fā)育中可能的生物學(xué)功能進(jìn)行了分類討論分析。51個(gè)蛋白參與了19個(gè)生物學(xué)途徑，涉及11個(gè)細(xì)胞學(xué)組件，8類分子功能。51個(gè)蛋白中33個(gè)定位到32個(gè)生物代謝途徑中。鑒定蛋白功能涉及籽粒發(fā)育、能量代謝、氨基酸代謝、蛋白合成與代謝、逆境與抗氧化衰老、貯藏蛋白合成與積累、激素與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、防御相關(guān)蛋白、RNA合成及細(xì)胞活性、基因表達(dá)調(diào)控等。8.初步探索了玉米籽粒發(fā)育機(jī)理：在籽粒形成期,細(xì)胞分裂旺盛，物質(zhì)代謝以糖類和氨基酸合成代謝為主；在籽粒發(fā)育迅速增重

7、期，能量代謝占據(jù)了主導(dǎo)地位，蛋白質(zhì)合成以及氨基酸代謝活躍，糖代謝、嘌呤代謝較旺盛，并持續(xù)到成熟，這一時(shí)期機(jī)體已經(jīng)啟動(dòng)了逆境、防御以及抗氧化衰老機(jī)制，同時(shí)，一些參與發(fā)育過程調(diào)節(jié)、調(diào)控途徑的未知、未描述或未命名的蛋白高豐度表達(dá)，直至成熟；在籽粒成熟期，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量積累，逆境、防御以及抗氧化衰老機(jī)制仍活躍，同時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)增強(qiáng)。關(guān)鍵詞：玉米；籽粒發(fā)育；蛋白質(zhì)組；雙向電泳；MALDI-TOF/TOF質(zhì)譜分析；生物信息學(xué)分析StudyofDifferentiallyExpressedProteinsDuringMaizeKern