水稻种子萌发过程的分子调控机制被揭示

<正>水稻种子包含胚、胚乳等两大主要组织,在萌发过程中,胚组织的营养物质逐步分解并运输至胚中,为胚发育形成幼苗提供必要的物质和能量条件。胚组织虽然体积较小,但在萌发过程中却处于中心地位。中国科学院武汉植物园资源植物繁殖生物学课题组博士研究生韩超在杨平仿研究员指导下,利用基于凝胶的双向电泳技术和非凝胶的i-TRAQ技术,对水稻种子萌发过程中胚和胚乳组织分别进行蛋白质组研究。共获得343个胚组织蛋白质在萌发过程中的表达量发生改变,包括191个下调表达和152个上调表达。     

大豆种子萌发过程中蛋白质的变化

大豆种子富含丰富的蛋白质,为了研究在萌发过程中蛋白质的变化,本试验对大豆种子吸水的变化、可溶性蛋白质含量、蛋白酶活性、肽酶活性、蛋白水解产物(氨基酸和肤含量)含量的变化进行研究.结果表明,大豆种子萌发过程中吸水的变化呈现慢-快-慢的规律,转折点分别是萌发12h和萌发27h.虽然种子在萌发期间内的可溶性蛋白、氨态氮及肤含量均高于未萌发的大豆种子,但其变化规律不同:可溶性蛋白峰值出现在9～12h之间,而氨基酸及肤的含量在整个试验过程中始终处于增加的趋势.另外,蛋白酶和肽酶活性在萌发33h之前活性的变化非常小,萌发39～72h时活性急剧加强,萌发72～96h时活性下降.     

盐胁迫对燕麦种子萌发期蛋白质组影响的研究

为探析盐胁迫下燕麦种子萌发时蛋白质的差异表达及其相关生理功能分析,比较了燕麦在不同浓度氯化钠溶液处理下种子的萌发及幼苗生长能力,然后采用二维凝胶电泳结合基质辅助激光解析飞行时间质谱的蛋白质组学方法分析种子在0和1%氯化钠溶液处理种子萌发时的蛋白质组差异表达。结果表明:随着盐胁迫的加剧,燕麦种子的萌发力和成苗率降低。蛋白质组分析显示:1%氯化钠溶液处理使得燕麦种子蛋白质组二维凝胶中11个蛋白质点表达发生变化,其中10个蛋白质点表达量上调。质谱鉴定得到3个可靠蛋白,分别为:燕麦蛋白、燕麦蛋白N9和蛋白质二硫键异构酶。这些蛋白的差异表达可能与盐分胁迫下燕麦种子萌发的生理活动有关联。     

白菜型冬油菜温敏不育系PK3-12S育性转换的差异蛋白质组学分析

为揭示温敏不育系PK3-12S育性转换机制,本研究以白菜型冬油菜温敏不育系PK3-12花药为材料,采用2-DE和LC-MS/MS质谱鉴定等差异蛋白组学方法,分离鉴定了PK3-12在不育/可育条件下花药差异表达蛋白质,并对差异表达蛋白进行了生物信息学分析;进而采用RT-PCR检测了PK3-12在不育/可育条件下花蕾发育进程中差异蛋白编码基因表达量变化。结果表明,高温不育条件下, PK3-12花药形态瘪小,药室有少量败育花粉,育性转换受1对隐性基因控制,表达变化量在2倍以上差异蛋白质点31个,其中增量表达蛋白质点6个,减量表达蛋白质点11个,表达完全抑制蛋白点12个,不育花药特异表达蛋白点2个。质谱鉴定出15个差异蛋白质,参与信号转导通路、二羧基乙醛酸代谢、糖酵解代谢、次生合成代谢、氨基酸生物合成、分支酸生物合成、碳代谢途径等细胞过程。Rubisco亚基连接蛋白编码基因BrrbcL开放读码框(open reading frame, ORF)长度为1095 bp,编码364个氨基酸;与可育花蕾相比,发育进程中不育花蕾BrrbcL基因、膜联蛋白基因(ANN)、BetVI过敏原家族基因(BetV...     

低温胁迫对燕麦种子萌发期蛋白质组影响的研究

为探析燕麦种子萌发时蛋白质的差异表达及其相关蛋白的生理功能,采用室内生测法比较了不同温度下种子萌发力和幼苗的生长能力,同时采用双向电泳(2-DE)结合基质辅助激光解析飞行时间质谱的方法,比较低温条件下(5℃)吸胀25 h和128 h(萌发)与正常温度下吸胀25 h(萌发)时种子蛋白质组的差异表达.结果表明,随着温度的降低,燕麦种子的萌发活力降低.燕麦种子蛋白质组在低温胁迫下萌发时,有7个蛋白质点发生了变化,其中5℃低温吸胀25h时,有3个蛋白质点的表达量降低;5℃低温吸胀萌发128h时,有5个蛋白质点表达发生了改变,其中3个蛋白质点的表达量增加.经MALDI-TOF质谱鉴定分析和Mascot搜索NCBI非冗余数据库,确定了4个蛋白质,分别为燕麦蛋白、燕麦蛋白N9和丝氨酸蛋白酶抑制剂等.这些蛋白质的质量变化与燕麦种子萌发时的低温胁迫可能有关联.     

大豆胞囊线虫胁迫下不同抗性大豆杂交后代根系蛋白质组分析

以高抗大豆胞囊线虫3号生理小种品种灰皮支黑豆（ ZDD2315）为父本,高感大豆胞囊线虫3号生理小种品种辽豆15为母本,配制杂交组合,利用分离群体分组分析法将杂交后代分为抗池和感池。采用三氯乙酸/丙酮法提取大豆根系总蛋白质,运用双向电泳和质谱分析技术研究大豆胞囊线虫3号生理小种胁迫下不同抗性大豆杂交后代根系蛋白质组的变化。结果表明：抗池、感池分别有367,372个蛋白点在银染的2-D胶上分离,经ImageMaster 2D Platinum software对2-D胶分析后,以感池为参考胶,抗池有6个蛋白点特异表达,13个蛋白点的含量上调2倍以上,4个蛋白点的含量下调2倍以上,感池有4个蛋白点特异表达。对以上27个差异蛋白点进行MALDI-TOF-MS质谱分析,共鉴定出16个蛋白点,11个蛋白点因匹配率太低未得到鉴定。     

黄萎病菌侵染对感病棉花品种叶片蛋白质组的影响

为进一步探索黄萎病菌与棉花的相互作用,以感黄萎病棉花品种冀棉11为实验材料,在接种大丽轮枝菌V991 3 d后提取叶片蛋白,运用双向电泳和质谱分析技术研究黄萎病菌侵染后叶片蛋白质组学的变化。分析发现,与对照相比差异表达量在2倍以上的蛋白点有22个,其中上调表达的蛋白点10个,下调表达的蛋白点12个。质谱鉴定发现,上调表达的蛋白包括ATP合成酶β亚基,Ru Bis CO活化酶1,Ru Bis CO活化酶α2以及果糖-1,6-二磷酸醛缩酶,下调表达的蛋白包括质体叶绿素AB结合蛋白,核酮糖二磷酸羧化酶大链以及核酮糖二磷酸羧化酶小链。分别对下调表达的蛋白rubisco小亚基基因(RBCS)和叶绿素AB结合蛋白基因(cab)、上调表达的蛋白Ru Bis CO活化酶1基因(RCA1)进行荧光定量PCR,发现接种黄萎病菌后3个基因在m RNA水平与蛋白水平上的变化是一致的。通过分析推测,黄萎病菌通过与参与光合能量代谢的蛋白相互作用,破坏植物的光合作用,近而引起棉花叶片的萎蔫与凋零。     

超级稻花后强、弱势粒灌浆相关蛋白质表达的差异

为进一步揭示水稻强、弱势粒灌浆差异的机理,以2个超级稻品种两优培九(两系杂交籼稻)和淮稻9号(粳稻)为材料,通过双向电泳观察花后强、弱势粒灌浆相关蛋白质表达的差异并对差异蛋白进行质谱分析。结果表明,弱势粒花后3~15 d的灌浆速率和最终粒重均显著低小于强势粒。花后3 d、8 d和15 d弱势粒中蛋白质表达的点少于强势粒,花后25 d则弱势粒多于强势粒。花后强、弱势粒间差异蛋白质表达量在2倍以上的点有类似变化趋势。选择有显著差异的27个蛋白点进行质谱分析,其中14个点的功能得到鉴定。这些蛋白质分别参与籽粒的淀粉合成、蛋白合成、光合作用、能量代谢、环境适应以及细胞信号转导等。说明强、弱势粒间多种灌浆相关蛋白质表达的差异是其灌浆和粒重差异的重要原因。     

栽培小麦Brock和京411感染白粉菌后蛋白质组的变化

用华北地区流行的白粉菌15号生理小种,感染强抗白粉病的栽培小麦Brock和对白粉病敏感的小麦京411,通过蛋白质组技术分析其差异蛋白。结果表明,Brock经白粉菌感染12 h后,至少有6个蛋白质斑点(43 kD/pI 6.7、43 kD/pI 6.9、43 kD/pI 7.2、28 kD/pI 5.8、26 kD/pI 5.5和26 kD/pI 6.5)表达量明显增加;感染3 d后,有5个蛋白质斑点(48 kD/pI 5.6、43 kD/pI 6.9、43 kD/pI7.2、28 kD/pI5.8和26 kD/pI5.5)表达量增加;感染5 d后,有12个新的蛋白质斑点(16 kD/pI 7.6、42 kD/pI 6.5、40 kD/pI 4.8、40 kD/pI 4.6、31 kD/pI 5.7、16 kD/pI 4.6、20 kD/pI 8.3、50 kD/pI 6.7、48 kD/pI 6.6、28 kD/pI 5.7、23 kD/pI 4.8和25 kD/pI 4.7 )被诱导合成,2种蛋白质斑点(26 kD/pI 4.6和17 kD/pI 7.9)消失。京411经白粉菌感染12 h后,3个蛋白质斑点(21 kD/pI 6.4、18 kD/pI 5.4和14 kD/pI 7.0)表达量增加;感染3 d后,有2个蛋白质斑点(80 kD/pI 5.4和14 kD/pI 7.0)表达量增加,1个蛋白质斑点(16 kD/pI 5.4)表达量下降;感染5 d后,有3个蛋白质斑点(50 kD/pI 7.3、40 kD/pI 7.3和24 kD/pI 7.2)表达量增加,2个斑点(40 kD/pI 4.8和14 kD/pI 7.2)表达量下降,但没有发现新的蛋白质合成。对Brock中诱导产生的12个新蛋白质斑点,利用MALDI-TOF-MS方法,于NCBI进行数据查询,其中有6个分别属于F-box亮氨酸高度重复蛋白、重金属转运/解毒蛋白、β-1,3-葡聚糖酶(两个同工体)、β-1,3-葡聚糖酶前体、锌指蛋白。功能查询表明,上述6个蛋白参与细胞周期调控、发育、激素响应、基因转录和病害防御等。推测Brock和京411感染白粉菌后,出现的蛋白质组变化可能与各自的抗、感白粉病特性有关。     

白菜型冬油菜叶片质外体蛋白提取及响应低温胁迫的蛋白表达分析

为了研究质外体蛋白在低温胁迫下白菜型冬油菜抗寒的作用机理,以陇油7号五叶期叶片为试材,采用2种不同提取液(提取液A:0.1 mol/L p H值=7.6 Tris-HCl、0.2 mol/L KCl、1 mmol/L PMSF,提取液B:0.05 mol/L p H值=7.6 Tris-HCl、0.01 mol/L EDTA-Na2、0.02 mol/L Vc、1 mmol/L PMSF)进行质外体蛋白提取效果比较。结果表明:提取液A的蛋白提取率达到了(0.073±0.004 6)mg/g,比提取液B提高了42.88%;经六磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PDH)活性检测,提取液A提取的蛋白质污染率较提取液B低0.91%;双向电泳第一向等电聚焦IEF中,提取液A提取的蛋白质不仅除盐时间较提取液B短4.5 h,且获得的凝胶图谱清晰;通过丰度计算,得到陇油7号低温胁迫(4℃,48 h)后具有显著差异的蛋白点339个,其中表达量变化在2倍以上的蛋白点为46个,包括上调表达蛋白点18个,下调表达蛋白点21个,特异性表达蛋白点7个,推测这些差异蛋白点可能与低温胁迫有关。对特异表达的7个蛋白点进行质谱分析鉴定,得到与低温胁迫相关的蛋白,为白菜型冬油菜超强抗寒品种陇油7号抗寒相关分子机理的研究奠定了基础理论。     

苦瓜种子蛋白质组双向电泳技术条件的优化

通过对苦瓜种子蛋白质样品的提取方法、等电聚焦参数、SDS-PAGE分离胶浓度以及胶条pH范围的优化筛选,建立了适合苦瓜种子蛋白组分析的双向电泳体系.结果表明:使用TCA-丙酮提取方法提取苦瓜种子蛋白,更适用于双向电泳分析,结合使用pH=5~8 IPG胶条以及优化的聚焦程序,能获得分辨率较高、蛋白点清晰、重复性好的2-DE图谱.经银染显色,可检测约660个蛋白点,主要分布在p H=5~8;该体系适合用于分析苦瓜种子的蛋白质组.     

赤霉素对盐胁迫抑制水稻种子萌发的缓解作用的蛋白质组分析

用粳稻日本晴(Oryza sativa L. cv.Nipponbare),研究了盐胁迫对水稻种子萌发的抑制作用和赤霉酸(GA₃)对盐胁迫的缓解作用;分别以H₂O (对照）,5 g L^-1 NaCl (处理I),5 g L^-1 NaCl + 100 μmol L^-1 GA₃(处理II)培养水稻种苗48 h,提取芽中的蛋白质,利用双向电泳(2-DE)和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)技术分析了水稻蛋白质组的变化。结果表明,在盐胁迫条件下,日本晴种子的萌发显著受到抑制,而GA₃能显著缓解这种抑制作用;用ImageMaster软件分析2-DE凝胶,发现有4个蛋白质斑点表现出显著的变化,在盐胁迫下斑点S1、S2和S3表达下调而斑点S4消失,在GA₃与盐共处理时,这4个蛋白质点的表达均有不同程度的恢复;经MALDI-TOF MS分析,其中2个蛋白质斑点(S1,S3)分别被鉴定为isoflavone reductase-like蛋白与葡萄糖磷酸变位酶,这些蛋白可能与GA₃提高水稻耐盐性途径相关。     

水稻单胚多芽突变体4001的萌发形态及其遗传分析

对水稻品系4001成熟种子解剖和萌发形态观察,结果表明：4001的颖果内只有一个胚,但萌发时却出现多个芽的现象,为一份单胚多芽突变体水稻种质。其中58.9%的种胚具有多个芽鞘,萌发时出现多芽,多芽鞘胚缺乏鳞片,且外胚叶短小或缺失,从而导致芽鞘半裸露;芽鞘形态多样,以“掌状”和“卷舌状”等形状为多。4001萌发产生的多芽中有79.1%的是多芽多芽鞘（最主要为2芽2鞘）,其余的是多芽共一鞘,少数共用一个芽鞘的多芽还表现共用第一叶和第二叶的现象;多芽在大小和生长速度上无主次之分;共一鞘的多芽之间有维管束联系,但不同鞘的芽间没有维管束联系,因此4001中的一籽多芽既不是主芽和次芽,也不是所谓的主芽和蘖芽。4001多芽的遗传复杂,推测可能是由于转座基因突变引起。     

Effects of preharvest sprouting on the genetic structure of durum wheat 'landraces'

Preharvest sprouting that occurs in wheat might affect seed viability and cause genetic erosion during periodical rejuvenation of durum wheat accessions in a gene bank. Two durum wheat landraces (MG 7713 and MG 7805) that had been rejuvenated for several years and did show a high percentage of presprouted seeds in the lot from the fourth rejuvenation cycle were identified. The frequency of durum and bread wheat genotypes and the distribution of the two species in three seed classes (ungerminated seeds, seeds with swollen embryo and germinated seeds) were studied. The modified phenol test was used to identify durum and bread wheat seeds and the genotypic frequencies within each species were assessed on the basis of acid polyacrylamide gel electrophoretic patterns of gliadin storage proteins. In these two landraces, durum wheat was more susceptible to preharvest sprouting than bread wheat and the frequency of bread wheat seeds significantly increased over the three rejuvenation cycles examined. Despite this, preharvest sprouting did not cause significant changes in the genotypic frequencies observed within species or loss of some genotypes that could not be attributed to susceptibility to sprouting.     

线柱苣苔无菌萌发及快速繁殖研究

为了通过组织培养方法建立线柱苣苔高效再生体系,以线柱苣苔种子为外植体,在MS培养基中添加6-BA与NAA不同浓度激素配比,筛选初代培养、继代增殖与生根培养等各阶段最适的培养基。结果表明,用0.1% HgCl2溶液对线柱苣苔蒴果与种子灭菌10 min可有效抑菌。种子萌发及不定芽诱导的最适培养基为MS+1.0 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA。最佳的继代增殖培养基为MS+0.5 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA,生根培养基为1/2 MS+0.2 mg/L NAA。利用本试验所得出的结果,增殖系数为13.5/20天,可实现线柱苣苔种苗的快速繁殖,为种质资源的保护和可持续利用提供技术指导。     

橡胶树C-乳清三种蛋白提取方法双向凝胶电泳分析

摘要：C-乳清是胶乳的主要组分,就双向凝胶电泳技术而言,目前仍无有效的蛋白提取方法,这严重制约了双向凝胶电泳技术在橡胶树蛋白组分析上的应用。本文选取3种方法提取C-乳清蛋白,通过对蛋白产量和提取蛋白的双向凝胶电泳图谱分析系统评价3种方法。就蛋白产量而言,三氯乙酸/丙酮沉淀法产量最高（0.86 mg/ml C-乳清）,三氯乙酸沉淀法次之（0.72 mg/ml C-乳清）,酚提取法最低（0. 66 mg/ml C-乳清）。双向凝胶电泳图谱分析表明：酚提取法可检测到447个蛋白点,图谱背景较暗且横纵向纹理多;三氯乙酸沉淀法可检测到821个蛋白点,图谱背景居中;三氯乙酸/丙酮沉淀法可检测到1052个蛋白点,图谱背景清晰且基本无纹理。综上所述,三氯乙酸/丙酮沉淀法最适合C-乳清蛋白提取。本文首次系统评价C-乳清蛋白提取方法,必将推动橡胶树C-乳清蛋白研究发展。     

小麦多子房和单子房性状的差异蛋白质组学研究

小麦多子房性状的蛋白质组学特性和形成机制及其在小麦杂种优势中的应用可能提供理论依据。为揭示以小麦单子房品系77(2)及其多子房近等基因系Mu77(2)为材料, 采用TCA-丙酮法提取穗分化至四分体时期的幼穗总蛋白, 并通过IEF/SDS-PAGE双向凝胶电泳分离, 获得了分辨率和重复性较好的蛋白质组差异图谱。在等电点4~7、分子量14.4~97.4 kD之间发现约450个肉眼可辨的蛋白点, 其中上调2倍以上且达到99%统计学显著水平的差异表达蛋白点30个。对6个特异性差异蛋白点作二级质谱(LC-MS/MS)分析, 结果表明它们是富含甘氨酸RNA结合蛋白(S1)、SGT1-1(S2)、HMG-I/Y(S3)、谷胱甘肽转移酶(S4)、果糖1,6-二磷酸醛缩酶(S5)和未知蛋白(S6)。这些蛋白质对DNA转录、蛋白质翻译、能量转换及代谢、抗逆防卫等生理生化过程起调控作用, 可能与小麦多子房性状的形成有关。     

大豆质核互作雄性不育系NJCMS2A及其保持系的花药蛋白质组比较研究

大豆质核互作雄性不育系NJCMS2A是以栽培大豆组合（N8855 ´ N1628）F₂不育株为母本,以N1628为父本,通过连续回交选育而成的,N1628（或NJCMS2B）为其同型保持系。对NJCMS2A和NJCMS2B的二胞花粉期花药进行蛋白质组比较分析,获得重复性好的双向电泳图谱,在分子量18.4~116.0 kD、等电点4~7线性范围内,检测到约217个蛋白点,其中差异表达蛋白点25个,包括在NJCMS2A 中出现而在NJCMS2B中缺失的蛋白点13个,在NJCMS2A中缺失而在NJCMS2B中出现的蛋白点10个,另有2个蛋白点的表达量在NJCMS2B中比在NJCMS2A中明显增强。利用基质辅助激光解吸飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）技术对差异表达蛋白进行分析,获得肽质量指纹图谱,用Mascot软件搜索NCBInr数据库,鉴定出14个差异表达蛋白,其中10个在NJCMS2A中出现而在NJCMS2B中缺失和4个在NJCMS2A中缺失而在NJCMS2B中出现。对热激蛋白22 kD、半胱氨酸蛋白酶、V型H+-ATP酶A亚基、MADS盒蛋白和淀粉分枝酶等主要差异蛋白进行功能分析,推测不育系NJCMS2A雄性不育性可能与能量代谢紊乱、细胞程序化死亡（PCD）、淀粉合成受抑制和花器官发育调节基因作用失控等有关。     

双向电泳联用质谱技术研究棉苗对细极链格孢菌蛋白激发子诱导的应答

 采用双向电泳和质谱技术分析了细极链格孢菌蛋白激发子对棉苗诱导的全蛋白质组,建立二者间的差异表达图谱,并对差异蛋白进行了鉴定及分析归类。结果表明,蛋白质分子质量在10～100 kD之间、等电点3～10范围内,每块胶分离到约600个蛋白质点。得到了大约53个差异蛋白点,其中有31个为上调蛋白,22个为下调蛋白。对PEAT诱导后表达量明显增加的 7个上调蛋白点用基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(MALDI-TOFMS)进行肽质量指纹谱的分析,并通过检索不同的数据库进行蛋白质鉴定与功能预测,获得了4个蛋白的肽质量指纹图谱,经数据库检索鉴定分析,GH-1、GH-3、GH-6推测为核酮糖1,5-二磷酸羧化酶基因家簇,GH-7推测为-S-腺苷一蛋氨酸合成酶。     

苹果叶片蛋白质双向电泳样品制备方法的比较

为探索适用于苹果叶片蛋白质组学研究的样品制备方法,比较了三氯乙酸/丙酮沉淀法（TCA）、酚-甲醇/醋酸铵沉淀法和Tris-HCl提取法等3种总蛋白质的提取方法。制备的样品经双向电泳分离采用银染显色。结果3种方法分别得到450、374和1032个蛋白质点。认为Tris-HCl提取法为最适方法,所得图谱背景清晰,蛋白质信息量最大。