水稻幼苗脫黃化過(guò)程以及灌漿期莖的蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、水稻既是我國(guó)三大糧食作物之一，又是基因組學(xué)研究的模式材料，在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中都占有極其重要的地位。基因組學(xué)研究取得的巨大成就以前所未有的深度和廣度推動(dòng)了生命科學(xué)各個(gè)研究領(lǐng)域的飛速發(fā)展。水稻基因組的破譯是水稻科學(xué)研究的重要里程碑，同時(shí)也宣告了功能基因組學(xué)時(shí)代的到來(lái)。蛋白質(zhì)組學(xué)是研究細(xì)胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)表達(dá)及其相互關(guān)系的新興學(xué)科，是功能基因組學(xué)研究的重要組成部分和戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
　　 本論文采用高分辨率的蛋白質(zhì)雙向電泳分離技術(shù)和

2、高通量的蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析技術(shù)以及生物信息學(xué)等手段，開(kāi)展水稻灌漿期莖蛋白質(zhì)組表達(dá)模式和水稻幼苗脫黃化過(guò)程的比較蛋白質(zhì)組學(xué)研究，探討莖生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律和水稻應(yīng)答光信號(hào)相關(guān)蛋白質(zhì)及其網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制，是學(xué)科前沿與實(shí)際應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，在科研和生產(chǎn)實(shí)踐中都具有重要的意義。
　　 首先，分別構(gòu)建了灌漿期水稻頂端莖段和水稻黃化幼苗的蛋白質(zhì)組表達(dá)譜。并對(duì)其中185個(gè)目的蛋白點(diǎn)進(jìn)行了MALDI-TOF/MS分析和數(shù)據(jù)庫(kù)檢索鑒定。共有149個(gè)蛋白質(zhì)得到了鑒定

3、，蛋白質(zhì)鑒定的成功率為80.5％。這些被鑒定的蛋白質(zhì)分屬118個(gè)基因的表達(dá)產(chǎn)物，根據(jù)它們功能可以分為13種不同的類別，其中絕大多數(shù)為能量產(chǎn)生和代謝以及抗性相關(guān)的蛋白質(zhì)。
　　 在水稻灌漿期頂端莖段表達(dá)的蛋白質(zhì)中，與能量和物質(zhì)代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)例如ATPase、磷酸丙糖異構(gòu)酶，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶等占有很高比例，說(shuō)明莖段組織中具有很強(qiáng)的代謝活動(dòng)。與生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的蛋白質(zhì)包括beta-tubulins、無(wú)機(jī)焦磷酸酶(inorganic

4、pyrophosphatase)、液泡質(zhì)子ATP酶(vacuolar proton-ATPase)以及UDP葡萄糖焦磷酸酶等的大量累積，顯示出頂端莖段細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)迅速；同時(shí)，貯存多糖和結(jié)構(gòu)多糖也在旺盛合成。G蛋白、GDP釋放抑制因子等信號(hào)傳導(dǎo)蛋白以及苯丙氨酸氨解酶、谷胱苷肽S轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase，GST)、抗壞血酸過(guò)氧化酶(ascorbate peroxidase，APX)以及超氧化物歧化酶(su

5、peroxide dismutase，SOD)等抗性相關(guān)蛋白質(zhì)在該時(shí)期豐度表達(dá)，表明在灌漿期水稻頂端莖段能夠迅速感受并傳遞外界信號(hào)，從而使得其在遭受脅迫時(shí)能夠立刻啟動(dòng)抗逆防御系統(tǒng)，最大限度地降低不利環(huán)境對(duì)種子發(fā)育的影響。
　　 在黑暗中萌發(fā)和生長(zhǎng)的水稻黃化幼苗隨著光照時(shí)間(0～24小時(shí))的延長(zhǎng)，能通過(guò)雙向電泳后檢測(cè)到的蛋白質(zhì)逐漸變少，24小時(shí)后趨于穩(wěn)定，相當(dāng)于正常光照條件下生長(zhǎng)的水稻幼苗蛋白質(zhì)組表達(dá)譜。進(jìn)一步分析表明，在黃化苗中

6、，分解代謝及能量產(chǎn)生相關(guān)的蛋白如丙糖磷酸異構(gòu)酶、琥珀酰輔酶A連接酶、異戊酰輔酶A脫氫酶與ATPase等的表達(dá)量比較豐富；另外，還可能啟動(dòng)了脂肪酸的α氧化分解途徑，以供黑暗中生長(zhǎng)所需的物質(zhì)和能量。當(dāng)黃化幼苗光照后，與光合作用及物質(zhì)合成相關(guān)的一些蛋白質(zhì)表達(dá)量增加，而那些分解代謝相關(guān)酶類則有所下降。同時(shí)，鳥核苷酸結(jié)合蛋白β亞基類似蛋白、20S proteasome以及BowmanBirk trypsin inhibitor等信號(hào)傳遞及抗性相關(guān)

7、蛋白隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，說(shuō)明黑暗脅迫條件下水稻幼苗啟動(dòng)了相關(guān)的抗逆途徑。葉綠素合成途徑中的蛋白酶膽色素原脫氨基酶和金屬鰲合酶在脫黃化過(guò)程中表達(dá)量有所下降，可能是因?yàn)槿~綠素合成產(chǎn)物具有反饋抑制作用。
　　 本研究首次利用蛋白質(zhì)組學(xué)方法來(lái)解析水稻灌漿期莖蛋白質(zhì)組表達(dá)模式和水稻黃化幼苗響應(yīng)光因子的蛋白質(zhì)組變化情況，鑒定了一些有價(jià)值的蛋白質(zhì)，并得到了它們的表達(dá)特點(diǎn)和相關(guān)數(shù)據(jù)，為更好地理解水稻頂端莖稈的生長(zhǎng)特點(diǎn)和功效、水稻應(yīng)答黑暗脅