外源ABA调控水稻籽粒灌浆的差异蛋白组学分析

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水稻尤其是大穗型水稻存在着明显的异步灌浆现象,具体表现在强势籽粒灌浆启动早、速度快,易形成饱粒;弱势颖花获得灌浆物质的能力弱,灌浆启动迟、速度慢、灌浆结实差,制约着水稻高产潜力的发挥。强弱势籽粒中内源激素ABA含量的不同是造成强弱势籽粒异步灌浆的一个重要因为。目前对ABA调控籽粒灌浆的机理分析主要集中在生理指标的测定上,而对其分子机制的分析尚缺乏。本研究以花后15天在水稻(大穗型品种-金恢809)穗上部进行连续5天的外源ABA喷施作为处理,同时以喷施清水为对照,运用双向电泳结合荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,在蛋白表达以及转录水平探讨ABA调控弱势籽粒灌浆的分子机制,为进一步改善弱势籽粒灌浆结实差的现象提供重要的理论依据。   生理指标测定结果发现外施ABA能够显著提高弱势籽粒中内源ABA的含量,同时弱势籽粒的粒重较对照表现出上调的趋势,但强势籽粒重没有受到影响,说明在籽粒灌浆中期外施ABA确能有效的促进弱势籽粒的灌浆。   为从分子机理角度揭示弱势籽粒灌浆对ABA调控的响应机制,本研究采用差异蛋白组学对花后20天的弱势籽粒进行进一步分析,一共构建了ABA与清水两种处理下的弱势籽粒灌浆图谱,通过软件分析在每张胶上检测到有1000多个蛋白点,在外源ABA处理下弱势籽粒中共检测到111个差异表达蛋白点,通过MALDI TOF/TOF MS分析以及MASCOT数据库检索,其中有100个蛋白点得到成功鉴定,其中64个蛋白点出现上调表达,36个下调表达。根据蛋白在籽粒代谢中的功能共分为8大功能组,包括碳代谢(28),蛋白代谢(23),氨基酸代谢(15),细胞生长与发育(7),抗御与次级代谢(10),能量代谢(9),籽粒光合代谢(8),11个未鉴定出的蛋白则归入未知功能组。   蛋白功能的分析结果表明,外源ABA处理对弱势籽粒中碳代谢相关途径影响较大。共鉴定到28个蛋白(28/100),按照所属的代谢途径可进一步归为两大类:蔗糖-淀粉代谢(9)和为淀粉代谢提供能量与中间代谢物的细胞呼吸代谢(19),包括磷酸戊糖途径(HMP,1),糖酵解途径(EMP,3),三羧酸循环(TCA,12)和乙醇代谢途径(AF,3)。外源ABA正是通过改变上述代谢途径中关键蛋白的表达丰度,如促进蔗糖的转化,支链淀粉的合成,HMP代谢以及TCA代谢,抑制乙醇代谢以及EMP代谢等相关蛋白的表达,从而影响弱势籽粒的淀粉合成进程。   进一步分析发现,籽粒能量代谢(9/100),蛋白合成,分解,以及修饰等代谢途径(23/100),氨基酸代谢(15/100),细胞发育和分裂、生长代谢(7/100),以及籽粒光合代谢(8/100)也相应上调表达,以为活跃的淀粉合成提供及时的调控,充分的空间和材料,同时籽粒防御和第二代谢途径(10/100)也出现一定的增强,大力保证籽粒灌浆的充分,顺利进行。   此外,本研究从上述出现差异表达的蛋白中选取了具有代表性的22个蛋白,设计引物,运用qRT-PCR在转录水平进行验证,结果显示68.18%的差异点其蛋白表达模式与mRNA表达相符,31.82%的蛋白点则与其mRNA表达不同,一定程度上符合了蛋白差异点中鉴定出的具有不同表达趋势的同分异构体现象,主要因为可能是由于mRNA转录和翻译过程中的不同的修饰而导致的。   综上所述,籽粒灌浆中期外源ABA处理下,弱势籽粒内源ABA含量也相应上升,通过改变弱势籽粒中的一系列的代谢途径,从而促进了弱势籽粒的灌浆,提高了粒重以及品质。本研究的结果为揭示ABA调控水稻籽粒灌浆提供了一定的理论依据,同时也为下一步分子改良水稻弱势籽粒的灌浆奠定了基础。
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