玉米種子萌發(fā)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、種子萌發(fā)是植物生長發(fā)育過程中的早期階段，是其個(gè)體發(fā)育中最為關(guān)鍵的時(shí)期。這一發(fā)育過程是一系列基因表達(dá)的綜合體現(xiàn)，涉及到一系列復(fù)雜的生理生化代謝反應(yīng)和諸多信號(hào)分子的傳導(dǎo)。對(duì)這一過程的分子機(jī)制的探討，一直是現(xiàn)代植物分子生物學(xué)研究的重要課題。蛋白質(zhì)組學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展，為研究種子萌發(fā)機(jī)理提供了有效的手段。目前種子萌發(fā)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究主要集中在擬南芥、水稻等少數(shù)測(cè)序的模式植物上，作為重要的遺傳學(xué)模式植物的玉米在此方面的研究還缺少相關(guān)報(bào)道。開展玉米(Z

2、ea Mays)種子萌發(fā)的蛋白質(zhì)組學(xué)分析工作，不僅對(duì)探討玉米(Zea Mays)萌發(fā)的機(jī)理，完善種子生物學(xué)研究，解決林木種子萌發(fā)難題有非常重要的意義，而且對(duì)于深入理解復(fù)雜基因組植物的分子遺傳學(xué)特征及指導(dǎo)其育種研究也具有重要價(jià)值。另外，為沒有完成或根本未進(jìn)行基因組測(cè)序的重要生物進(jìn)行前瞻性蛋白質(zhì)組研究，進(jìn)而推動(dòng)其基因組研究提供新的思路和經(jīng)驗(yàn)。
　　本文從三個(gè)方面進(jìn)行研究，結(jié)果如下：
　　1.采取基于2-DE電泳、考馬斯亮藍(lán)染色、

3、質(zhì)譜鑒定的經(jīng)典蛋白質(zhì)組學(xué)的方法，對(duì)玉米種子萌發(fā)過程中胚和胚乳的蛋白質(zhì)變化分別進(jìn)行分析。在胚中鑒定到96個(gè)萌發(fā)中發(fā)生變化的蛋白質(zhì)點(diǎn)，胚乳中鑒定到33個(gè)。對(duì)此分析，得到的結(jié)論是:胚的吸水對(duì)于種子的萌發(fā)是第一事件，靜態(tài)的玉米種子在眾多細(xì)胞發(fā)生吸脹作用后，其蛋白質(zhì)組發(fā)生了巨大的變化;不同功能蛋白質(zhì)的變化模式，可以反映玉米種子不同組織在萌發(fā)過程中的生化反應(yīng)和代謝過程的特點(diǎn);玉米種子萌發(fā)，蛋白質(zhì)水平上的變化先于轉(zhuǎn)錄水平上的變化，而且胚的蛋白質(zhì)變化模

4、式與胚乳中存儲(chǔ)產(chǎn)物的分解沒有關(guān)系;胚中貯藏蛋白的降解和胚乳中的貯藏蛋白的降解具有不同的變化模式，胚中的蛋白質(zhì)組的變化可能早于胚乳中的蛋白質(zhì)組變化;0h到24h的快速吸水期、24h到42h的種子萌發(fā)期、48h到60h的胚根伸長后期，這3個(gè)階段是種子萌發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期。我們推測(cè)了，LEA（胚胎發(fā)生晚期豐富）蛋白在萌發(fā)前期的降解對(duì)激活干種子的新陳代謝具有重要的作用，消除種子中的ABA（脫落酸）影響是萌發(fā)中的重要事件。通過此項(xiàng)研究，使我們了解了玉米

5、種子的不同組織細(xì)胞在萌發(fā)過程中的蛋白變化情況，揭示了它們?cè)诿劝l(fā)過程中生理生化變化和相互間作用的分子機(jī)制。
　　2.基于第一方面的研究結(jié)果，我們采用經(jīng)典蛋白質(zhì)組學(xué)的方法，探討了在萌發(fā)過程中不同程度的NaCl脅迫對(duì)玉米種子胚和胚乳蛋白質(zhì)變化的影響。根據(jù)不同濃度的NaCl溶液對(duì)玉米種子萌發(fā)抑制程度，確定玉米種子萌發(fā)NaCl的傷害閾值和存活閾值分別為0.1 mol/L、0.2 mol/L，分別用此濃度處理玉米種子。蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，Na

6、Cl脅迫下種子貯存物質(zhì)活化的延遲和能量代謝的紊亂是抑制種子萌發(fā)的主要原因;NaCl脅迫引起的生理干旱和離子毒害，導(dǎo)致許多保護(hù)蛋白和相關(guān)蛋白的表達(dá)，并參與大規(guī)模的防御代謝途徑，但這些途徑只在低鹽濃度下(NaCl傷害閾值以下)起作用，在高鹽濃度(NaCl存活閾值)這些途徑也受到傷害;NaCl對(duì)種胚的蛋白質(zhì)影響比胚乳大。此項(xiàng)研究使我們從時(shí)空變化的角度，更加深入、全面的理解鹽脅迫的對(duì)玉米種子萌發(fā)傷害機(jī)制及其對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)機(jī)制。
　　3.為

7、了更好的理解可逆蛋白磷酸化在種子萌發(fā)中的作用，我們研究了萌發(fā)的玉米種子胚的磷酸化蛋白質(zhì)組。通過強(qiáng)陽離子柱結(jié)合鳥槍法共鑒定了776個(gè)蛋白質(zhì)，其中包括39個(gè)磷酸激酶，16個(gè)磷酸酯酶以及含有36個(gè)體內(nèi)磷酸化位點(diǎn)的33個(gè)磷酸化蛋白質(zhì)。除了先前報(bào)道的HSP22磷酸化位點(diǎn)外，本試驗(yàn)所鑒定的其它磷酸化位點(diǎn)均未見文獻(xiàn)報(bào)道。通過QRT-PCR測(cè)定，發(fā)現(xiàn)在種子萌發(fā)期間15個(gè)激酶基因的轉(zhuǎn)錄是明顯上調(diào)的，萌發(fā)后4個(gè)磷酸酶基因轉(zhuǎn)錄是上調(diào)的。這些結(jié)果表明在玉米種子