黃瓜果實(shí)彎曲性蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、黃瓜果形是衡量黃瓜品質(zhì)的重要條件。在黃瓜栽培和育種工作中，有效減少?gòu)澢麑?shí)的比率，培育果形順直、整齊一致的品種尤為重要。黃瓜果實(shí)彎曲性是多基因控制的數(shù)量性狀遺傳。黃瓜果實(shí)彎曲性的基因加性效應(yīng)較大，顯性效應(yīng)相對(duì)較小。顯性×環(huán)境互作效應(yīng)相對(duì)較高，加性×環(huán)境互作效應(yīng)很小。為了能從遺傳育種角度對(duì)黃瓜果實(shí)彎曲特性進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)果實(shí)彎曲的調(diào)控和改良，有必要對(duì)黃瓜果實(shí)彎曲性的分子機(jī)理進(jìn)行研究。果實(shí)彎曲形成過(guò)程中，會(huì)存在一系列的細(xì)胞調(diào)控機(jī)制，必然涉及

2、到多個(gè)蛋白質(zhì)，果實(shí)發(fā)生彎曲后，會(huì)通過(guò)改變體內(nèi)蛋白質(zhì)的表達(dá)和酶類的活性等來(lái)完成信號(hào)的感應(yīng)、傳遞以及生物學(xué)效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。因此，要對(duì)生命的復(fù)雜活動(dòng)有全面和深入的認(rèn)識(shí)，必然要在整體、動(dòng)態(tài)、網(wǎng)絡(luò)的水平上對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，有助于在蛋白質(zhì)水平上全面系統(tǒng)認(rèn)識(shí)彎曲果實(shí)的變化特征和細(xì)胞代謝等過(guò)程。將其與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)整合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)體系內(nèi)代謝調(diào)控的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，揭示細(xì)胞生理狀態(tài)的進(jìn)程與本質(zhì)、對(duì)彎曲發(fā)生的反應(yīng)途徑以及細(xì)胞調(diào)控機(jī)制，對(duì)我們從整體上系統(tǒng)地

3、解析黃瓜果實(shí)彎曲形成和調(diào)控的復(fù)雜機(jī)理具有重要意義。
　　 本研究利用雙向凝膠電泳和質(zhì)譜分析技術(shù)，研究開花座果期、果實(shí)膨大期和商品成熟期黃瓜順直果實(shí)、彎曲果實(shí)腹部和脊部蛋白質(zhì)組的變化，獲得黃瓜彎曲特性相關(guān)差異蛋白，利用生物信息學(xué)方法對(duì)差異蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能、參與生物過(guò)程、調(diào)控機(jī)制、蛋白質(zhì)間的相互作用、染色體定位信息等進(jìn)行分析，利用實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)對(duì)順直果實(shí)、彎曲果實(shí)腹部和脊部的基因表達(dá)量變化進(jìn)行驗(yàn)證，尋找調(diào)控黃瓜果實(shí)彎曲的關(guān)鍵基

4、因，探索黃瓜果實(shí)彎曲形成的分子機(jī)理以及相關(guān)調(diào)控機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　 1)采用雙向凝膠電泳技術(shù)(2-DE)對(duì)黃瓜順直果實(shí)、彎曲果實(shí)腹部和彎曲果實(shí)脊部樣品進(jìn)行黃瓜果實(shí)彎曲特性差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究，分別在開花座果期、果實(shí)膨大期和商品成熟期鑒定到2114、1929和2638種差異蛋白質(zhì);利用2-sample t-test和fold change方法篩選差異表達(dá)蛋白質(zhì)。利用質(zhì)譜分析技術(shù)對(duì)差異蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定，分別獲得開花座果期、果實(shí)

5、膨大期和商品成熟期表達(dá)量符合上調(diào)2倍以上、有99％統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性(P＜0.05)的差異表達(dá)蛋白質(zhì)11、7和43個(gè)。
　　 2)鑒定蛋白質(zhì)多數(shù)為彎曲果實(shí)和順直果實(shí)間差異表達(dá)蛋白質(zhì)，少數(shù)為彎曲果實(shí)腹部和脊部間差異表達(dá)蛋白質(zhì)。與順直果實(shí)相比，開花座果期、果實(shí)膨大期和商品成熟期在彎曲果實(shí)腹部下調(diào)兩倍表達(dá)、在彎曲果實(shí)脊部和順直果實(shí)中無(wú)顯著差異的差異蛋白質(zhì)數(shù)分別為2、0和6個(gè);在彎曲果實(shí)脊部下調(diào)兩倍表達(dá)、在彎曲果實(shí)腹部和順直果實(shí)中無(wú)顯著差異的

6、差異蛋白質(zhì)均為1個(gè);與順直果實(shí)相比，在彎曲果實(shí)腹部與脊部均上調(diào)表達(dá)、而腹部和脊部之間沒(méi)有顯著差異的蛋白質(zhì)數(shù)分別為3、4和19個(gè)，在彎曲果實(shí)腹部與脊部均下調(diào)表達(dá)、且在腹部和脊部無(wú)顯著差異的差異蛋白質(zhì)數(shù)分別為5、2和14個(gè)。
　　 3)鑒定的差異蛋白質(zhì)分為22個(gè)功能類別，包括氧化還原、蛋白質(zhì)水解、轉(zhuǎn)運(yùn)、新陳代謝過(guò)程、細(xì)胞蛋白質(zhì)代謝、細(xì)胞周期、光合作用、逆境脅迫、核黃素合成、細(xì)胞骨架組成與發(fā)生、氮代謝、脂類代謝、核苷酸代謝、mRNA代

7、謝、生物節(jié)律、蛋白酶體調(diào)節(jié)、生物過(guò)程、DNA損傷應(yīng)激反應(yīng)、DNA復(fù)制調(diào)節(jié)、復(fù)制后修復(fù)、翻譯延伸以及未獲得分類蛋白。其中，與黃瓜果實(shí)彎曲性相關(guān)的差異蛋白質(zhì)功能主要集中在氧化還原過(guò)程，此外，轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞周期、光合作用和蛋白質(zhì)水解等功能蛋白質(zhì)也發(fā)揮重要作用。
　　 4)對(duì)開花座果期、果實(shí)膨大期和商品成熟期的差異蛋白質(zhì)進(jìn)行層次聚類分析，主要分為兩個(gè)大類，分別包括20和41個(gè)差異蛋白質(zhì)。第一類(HZ9412-HK4319)多在果實(shí)發(fā)育初期表

8、達(dá)量低，而在果實(shí)發(fā)育中后期表達(dá)量高;第二類(HZ7802-HZ1314)多在果實(shí)發(fā)育初期或中期表達(dá)量高，在果實(shí)發(fā)育中后期表達(dá)量高。根據(jù)差異蛋白質(zhì)的表達(dá)情況，順直果實(shí)和彎曲果實(shí)腹部和脊部被聚類為兩組，一組為果實(shí)膨大期彎曲果實(shí)腹部和脊部、商品成熟期彎曲果實(shí)腹部和脊部;另一組包括開花座果期順直果實(shí)、彎曲果實(shí)腹部和脊部，果實(shí)膨大期順直果實(shí)，商品成熟期順直果實(shí)，不同時(shí)期蛋白質(zhì)表達(dá)量的差異遠(yuǎn)大于相同時(shí)期不同部位的蛋白質(zhì)表達(dá)量差異。
　　 5

9、)60個(gè)差異蛋白質(zhì)序列分別成功定位在黃瓜7條染色體上，第6和第4條染色體上最多，分別為13個(gè)和11個(gè)，第2條染色體上最少，只有5個(gè)。同時(shí)包含三個(gè)時(shí)期差異表達(dá)蛋白質(zhì)信息的染色體為第1、第3和第6染色體。除第7染色體以外，其他6條染色體上均存在參與氧化還原過(guò)程相關(guān)差異蛋白序列信息分布比較均勻，最多為3個(gè)，最少為1個(gè)。參與轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的蛋白質(zhì)序列主要定位在第5染色體上，少數(shù)在第7染色體上。參與蛋白質(zhì)水解的差異蛋白質(zhì)序列信息主要定位于第4染色體。參

10、與光合作用蛋白序列信息主要定位于第6染色體。
　　 6)利用KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)信息和KO分類體系分析差異蛋白質(zhì)所在的生物學(xué)通路及相互關(guān)系，共找到39個(gè)相關(guān)的pathway，其中氧化磷酸化，光合作用，乙醛酸二羧酸代謝，細(xì)胞周期，卵母細(xì)胞減數(shù)分裂等pathway呈現(xiàn)蛋白質(zhì)富集，對(duì)黃瓜果實(shí)彎曲進(jìn)行調(diào)控。
　　 7)對(duì)分別參與氧化還原過(guò)程、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程、核黃素代謝、脂代謝和氮代謝過(guò)程的8個(gè)差異蛋白質(zhì)在mRNA水平進(jìn)行驗(yàn)證，轉(zhuǎn)錄水平與蛋白