养分胁迫对籽粒灌浆期水稻叶片衰老影响的蛋白质组学分析

 采用蛋白质组学分析技术,对养分胁迫下杂交水稻威优916功能叶片蛋白质组差异表达进行研究,以揭示养分胁迫影响籽粒灌浆期水稻衰老的分子机理。经双向电泳分离,从功能叶中获得34个差异表达蛋白质,其中26个蛋白质功能得到鉴定,包括11个参与光合作用蛋白质,4个参与呼吸作用蛋白质,10个参与抗氧化及信号传导蛋白质和1个未知功能蛋白质。分析结果表明,养分胁迫下,灌浆期水稻叶片光合作用及呼吸作用显著下降;清除活性氧类蛋白质表达量下调,活性氧生成蛋白质及胁迫信号传导蛋白质表达量上调,水稻抗性减弱,叶片中活性氧积累,水稻衰老加剧。     

灌浆期夜间高温胁迫下耐热和热敏感水稻籽粒的比较蛋白质组分析

【目的】为了阐明水稻灌浆期耐夜间高温的分子机制,提高水稻耐热性,鉴定了水稻近等基因系耐热纯系XN0437T与热敏感纯系XN0437S在灌浆期夜间高温胁迫下的差异表达蛋白质。【方法】采用桶栽方法培育水稻,于开花期标记同一天扬花的颖花以保障所取颖花样品的生育进程一致;于水稻灌浆初期(花后第8天)进行夜间高温处理。高温处理结束后剪取带标记的颖花提取水稻籽粒总蛋白质,采用8-plex i TRAQ试剂盒进行蛋白质样品的差异显色标记,标记样品采用高效液相系统进行质谱鉴定及定量分析。【结果】鉴定并定量了3130个蛋白质,耐热与热敏感水稻纯系间存在36个差异表达蛋白质。蛋白质功能注释结果显示,鉴定的36个差异表达蛋白质中仅14个蛋白质(占38.9%)注释了功能,12个蛋白质(占33.3%)为推测性功能注释,10个(占27.8%)为功能未知的蛋白质。已注释功能的14个蛋白质中,5个蛋白质参与能量代谢,3个蛋白质参与物质转运与代谢,2个蛋白质参与光合作用,3个蛋白质为响应逆境的锌指蛋白质,1个蛋白质为响应逆境的热激蛋白质。【结论】灌浆期夜间高温影响水稻籽粒细胞内参与能量代谢、物质转运与代谢、光合作用等相关蛋白质的表达模式。水稻籽粒细胞中锌指蛋白质Q67TK9、Q10N88上调表达,锌指蛋白质Q5YLY5下调表达,有利于提高水稻灌浆期对夜间高温的耐热性。     

小麦籽粒清蛋白和球蛋白表达对干旱胁迫的响应

为了解干旱胁迫对小麦籽粒灌浆期蛋白表达的影响,以强筋优质小麦品种藁城8901为材料,采用双向电泳以及质谱鉴定分析了干旱胁迫和正常生长条件下成熟籽粒清蛋白和球蛋白表达谱的差异。结果表明,与正常生长条件相比,干旱胁迫后,小麦籽粒出现130个差异蛋白质点。通过MALDI TOF-TOF质谱鉴定和数据库搜索,最终成功鉴定出57个差异蛋白,其中上调表达29个,下调表达19个,特异表达7个,沉默表达2个;涉及ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、α-淀粉酶抑制剂、过氧化还原酶、β-淀粉酶、二硫键异构酶、丝氨酸蛋白酶抑制剂、超氧化物歧化酶等13种蛋白质,其中代谢类10个,能量类2个,蛋白质加工和储藏6个,病害防御相关17个,转录1个,功能未知和假定蛋白21个。说明干旱胁迫影响小麦籽粒灌浆期的多个代谢途径,进而影响小麦产量和品质。     

几个水稻品种碳素代谢特征的比较

结合饲料稻品种选育,在不同生育期对5个水稻品种（组合）进行了光合作用、呼吸作用、茎鞘非结构碳水化合物的积累和转运以及籽粒充实特性的比较研究。结果表明,不同品种其碳素代谢特性各不相同,杂交组合威优56光合作用、呼吸作用较强,茎鞘非结构碳水化合物在孕穗期积累丰富,到成熟期残留较少,后期籽粒充实速度下降缓慢,是一个碳素代谢十分旺盛的组合。常规稻辐丰早92－124在灌浆后期仍维持较高的光合强度和较强的籽粒充实速度,且成熟期茎鞘内非结构碳水化合物残留最少,也是一个后期碳素代谢较为理想的水稻品种。     

高温胁迫对水稻籽粒灌浆与稻米品质影响及其机理研究进展

高温胁迫是影响水稻产量和品质形成的主要环境因素之一。本文概述了高温胁迫对水稻籽粒灌浆和稻米品质形成的影响,并从同化物的积累与转运、碳氮代谢关键酶活性、内源激素以及分子机理等方面综述了其生物学机制;讨论了减轻水稻高温危害的关键技术措施和水稻响应高温胁迫机制的重点研究方向,为水稻抗高温育种和栽培提供一定的理论依据。     

水稻强、弱势粒灌浆差异的激素调控机理研究进展

水稻弱势粒充实差不仅影响产量和品质,而且还限制了对水分和养分的高效利用。本文概述了脱落酸、乙烯、细胞分裂素、吲哚乙酸、赤霉素、多胺和油菜素类固醇等植物激素对籽粒灌浆的调控作用,比较分析了强、弱势粒内源激素的差异;从激素时空分布对籽粒灌浆的调控作用、激素对蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性的调控、激素对环境的响应及其栽培调控途径等方面提出了水稻籽粒灌浆激素调控机理的研究展望。     

蛋白质组学在水稻逆境胁迫研究中的应用

蛋白质组技术已广泛应用于水稻功能基因组学研究中,特别是在研究水稻对非生物逆境（包括干旱、盐害、低温、高温等）适应机制方面近年来发展迅速。水稻逆境蛋白质组学研究通过比较水稻在正常和逆境胁迫下的蛋白质组表达情况,分析水稻的蛋白质组变化和基因的表达调控机制,为响应胁迫机理提供了新的认识。本文简要介绍了水稻蛋白质组研究的基本技术,并重点对水稻逆境蛋白质组研究取得的成果进行了综述。     

低温胁迫下小麦幼穗中差异表达蛋白质的鉴定

为探究低温胁迫下小麦幼穗中胁迫响应差异表达蛋白,采用IEF/SDS-PAGE双向凝胶电泳及质谱技术,以低温敏感品种SW601和低温不敏感品种陇麦157为材料,对常温生长、0℃低温胁迫12h和72h的幼穗全蛋白进行了分析。结果表明,在pH 4~7时,SW601和陇麦157各处理幼穗蛋白图谱中均可重复检测到800~900个有效蛋白质点;低温胁迫12h、72h后,SW601和陇麦157中上调表达的蛋白点分别有120个和101个,下调表达的蛋白点分别有92个和60个。对2种胁迫处理下均差异表达且Ratio2的54个蛋白点进行质谱分析,成功鉴定出43个差异蛋白。经数据库搜索匹配和蛋白质鉴定,这43个差异蛋白分别属于胁迫应激/防御相关蛋白、光合作用蛋白、蛋白代谢相关蛋白、碳水化合物代谢相关蛋白、信号传导相关蛋白、能量产生和运输相关蛋白和未知功能蛋白等7类蛋白。其中,抗坏血酸过氧化物酶、Cu/Zn超氧化物歧化酶和胚胎后期发育富集(LEA)同源蛋白14-A等蛋白的表达量在低温不敏感材料陇麦157中变化显著,而在低温敏感材料SW601中没有表达,这可能与小麦幼穗在低温逆境下的代谢调控和低温敏感特性有一定关系。     

6-BA对养分胁迫下水稻叶片蛋白质组影响的图谱分析

从蛋白质组学角度分析了在养分胁迫下用6-BA培养的水稻的叶片蛋白质组变化,以揭示6-BA维持养分胁迫下水稻生长的分子机理。分别提取用6-BA和蒸馏水培养的水稻叶片的蛋白质,经双向电泳进行分离,应用Image Master^TM 2D platinum 5.0软件对所得到的双向电泳图谱进行分析比较,共得到24个明显的差异表达蛋白质点。蛋白质是细胞功能的执行者,受细胞功能或细胞环境变化的影响,因此,上述蛋白质发生变化应与在养分胁迫下6-BA维持水稻叶片生长的作用有关。     

水稻灌浆期耐热性研究进展

灌浆期是水稻产量和品质形成的关键时期,灌浆期高温通过影响C、N代谢途径和淀粉合成相关基因的表达,使叶片光合效能降低、呼吸链受阻、淀粉合成及相关酶活性下降,进而导致水稻产量降低、米质变差。综述了灌浆期高温对水稻生理生化特性的影响,以及水稻灌浆期耐热QTL定位及基因表达、蛋白质组等方面的研究进展。     

氮肥对水稻胚乳淀粉品质、相关酶活性及基因表达量的影响

【目的】旨在为阐明灌浆成熟期氮素营养对水稻淀粉品质影响机理以及建立优质高产水稻栽培技术提供理论依据。【方法】选用4个籽粒直链淀粉含量差异显著的粳稻品种,通过盆栽试验研究氮素营养对稻米淀粉组分和蛋白质含量及稻米蛋白质水解对淀粉黏滞特性的影响,并分析氮素营养对灌浆过程中籽粒蔗糖合酶(SuSy)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖酸性转化酶(AI)活性及OsGBSSⅠ、OsISAⅠ、OsSBEⅠ、OsSBEⅡ基因转录表达量的影响。【结果】结果表明,籽粒支链淀粉含量对氮素营养很敏感,灌浆成熟期氮素营养能改变籽粒淀粉组分含量;施氮条件下,高直链淀粉含量品种蒸煮食味品质下降更加明显,去除稻米蛋白质可明显提高稻米黏滞特性,蛋白质对淀粉黏滞特性的影响很大;增加灌浆成熟期氮素营养能显著或极显著提高籽粒SuSy和AI活性,显著抑制籽粒SPS活性;灌浆成熟期氮素营养能改变灌浆不同时期籽粒OsGBSSⅠ、OsISAⅠ和OsSBEⅡ基因转录表达量,以致灌浆过程中这些基因的转录表达量变化动态发生改变,但OsSBEⅠ基因转录表达量不因氮素营养而发生改变;受氮素营养的影响,灌浆起始期籽粒OsGBSSⅠ基因表达量明显上调,而灌浆中后期明显下调;氮素营养明显抑制灌浆成熟期籽粒OsISAⅠ基因和灌浆中后期的OsSBEⅠ基因转录表达,显著提高灌浆前期和中期的籽粒OsSBEⅠ基因转录表达量;氮素营养能抑制灌浆起始期籽粒OsSBEⅡ基因的转录表达,而提高灌浆中后期的基因转录表达。【结论】灌浆成熟期氮素营养除了通过蛋白质含量对淀粉品质产生影响外,还通过调控淀粉合成相关的酶活性和基因表达量等生理环节对淀粉含量和精细结构起作用,最终改变稻米黏滞特性和食味品质。     

水稻水作与旱作对抽穗后剑叶光合特性、衰老及根系活性的影响

对水稻水作与旱作栽培模式下水稻衰老和后期一些生理活性的影响进行了研究。结果表明,由于水分的影响,水稻旱作不同程度加速了水稻生理机能的衰退,使籽粒干物质积累受阻,粒重下降而减产。水稻水作不仅改善了水稻剑叶光合因子,提高了光合效率,而且剑叶呼吸速率下降缓慢,相对电导率上升缓慢,SOD酶活性较高,MDA含量低,表明剑叶后期衰老进程慢,促进籽粒增重,产量高。此外,旱作水稻生育末期根系干物质积累、活力高及代谢旺盛的优势对籽粒增重也是一种负向影响;而水稻水作开花-灌浆期根系活力高,生育末期根系生理活性迅速衰退,保证了籽粒的充实     

孕穗期水稻不同功能叶的发育蛋白质组学分析

 从蛋白质组学角度对杂交水稻汕优63孕穗期4个叶位功能叶片蛋白质组变化进行了研究,以揭示水稻孕穗期叶片蛋白质组的表达差异。4个不同时期功能叶片蛋白质经双向电泳得到分离,应用Imagemaster 2D Elite 5.0软件对所得到的双向电泳图谱进行分析比较,共得到差异表达蛋白质点23个,差异表达蛋白质点经质谱分析,有14个得到鉴定。对鉴定出的蛋白功能进行研究,结果表明:差异表达的蛋白质大部分(9个)为参与光合作用和呼吸作用的蛋白质;其次为与蛋白结构及功能调控相关的蛋白质(3个),表达量表现为随叶位上升而上调;其余为参与氨基酸代谢的蛋白质(2个),表达量在较低叶位叶片中无显著规律,在剑叶中的表达量显著上调。蛋白质是细胞功能执行者,受细胞功能或细胞环境变化的影响,因此,上述蛋白质发生变化的原因应与水稻不同叶位叶片生长发育特性有关。     

Changes in Activities of Glutamine Synthetase during Grain Filling and Their Relation to Rice Quality

Four japonica rice varieties differed in cooking and eating qualities were used in a pot experiment to study the relationship between the activities of glutamine synthetase during grain filling and rice quality. The activities of glutamine synthetase gradually increased and then declined as a single peak curve in the course of grain filling. The 15th day after heading was a turning point, before which the enzymatic activities in the inferior rice varieties with high protein content were higher than those in the superior rice varietie with low protein content, and after which it was converse. The activity of glutamine synthetase in grain was correlated with the taste meter value, peak viscosity and breakdown negatively at the early stage of grain filling whereas positively at the middle and late stages. Moreover, it was correlated with the protein content of rice grain and setback positively at the early stage and negatively at the middle and late stages. The correlation degree varied with the course of grain filling. From 15 days to 20 days after heading was a critical stage, in which the direction of correlation between the activity of glutamine synthetase and taste meter value and RVA properties of rice changed.     

水稻灌浆成熟期籽粒谷氨酰胺合成酶活性变化及其与稻米品质关系的初步研究

 选用稻米蒸煮食味品质有显著差异的4个粳稻品种，通过盆栽试验对水稻灌浆成熟期籽粒谷氨酰胺合成酶活性变化及其与稻米蒸煮食味品质关系进行了初步研究。结果表明，水稻灌浆过程中籽粒谷氨酰胺合成酶活性随灌浆进程逐渐增加，达到峰值后又逐渐下降，呈单峰曲线变化；抽穗15 d以前蛋白质含量高的品种谷氨酰胺合成酶活性大于蛋白质含量低的品种，而以后与之相反；灌浆前期，籽粒谷氨酰胺合成酶活性与味度值、最高黏度、崩解值间呈负相关，灌浆中、后期呈正相关，而与籽粒最终蛋白质含量和黏滞峰消减值在灌浆前期呈正相关，灌浆中、后期呈负相关，而且相关程度随灌浆时段而发生变化；抽穗后15~20 d是籽粒谷氨酰胺合成酶活性与味度值、RVA谱特性间的相关性质发生变化的转折时期。     

南方晚粳杂交稻与常规稻籽粒灌浆及后期叶片光合特性的差异

以南方杂交晚粳秀优5号和常规晚粳秀水110为材料,应用Richards方程对两个品种的籽粒灌浆过程进行拟合,研究了两个水稻品种的灌浆特性,并测定分析了两类品种的后期叶片光合特性。 秀优5号的起始灌浆势、最大灌浆速率和平均灌浆速率均略低于秀水110,但活跃灌浆时间明显长于秀水110,说明杂交晚粳灌浆更为平缓、灌浆期长,有利于获得较高粒重,也有利于缓解其穗型较大引起的籽粒间物质的激烈竞争。齐穗后10 d,秀优5号的光合和叶绿素荧光参数与秀水110无显著差异,但齐穗后25 d,秀优5号除初始荧光值的增加幅度未达显著水平外,其他参数均显著高于秀水110。研究结果表明,南方杂交粳稻在灌浆后期仍保持较高的物质生产能力,是它具有较长籽粒灌浆持续期,大穗与较高粒重相协调,最终实现高产的重要生理基础。     

Changes in Activities of Key Enzymes for Starch Synthesis and Glutamine Synthetase in Grains of Progenies from a Rice Cross During Grain Filling

The progenies differed in amylose and protein contents in grains, which derived from a rice cross, Dongnong 423×Toukei 180, were used to study changes in the activities of ADP-glucose pyrophosphorylase (AGPP), soluble starch synthetase (SSS), starch branching enzyme (SBE) and glutamine synthetase (GS) in rice grains during grain filling. The activities of AGPP, SSS and SBE gradually increased and then declined as a single-peak curve with the process of grain filling in the progenies with high and low amylose contents in grains. The progenies with high amylose content peaked earlier in the AGPP, SSS and SBE activities and had higher AGPP, SSS and SBE activities at the early grain filling stage than those with low amylose content. The GS activity peaked earlier and was higher at the late stage of grain filling in the progenies with high protein content than in those with low protein content. It is suggested that the activities of key enzymes for starch synthesis and glutamine synthetase could be changed in oriented breeding for amylose and protein contents in grains.