玉米和水稻葉片光合特征及其定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析.pdf

1、C4作物光合作用沒有午休現(xiàn)象，且葉片具有比C3作物葉片更大的葉脈密度，有利于光合產(chǎn)物的快速轉(zhuǎn)運(yùn)，降低了光合產(chǎn)物對光合作用的反饋抑制，是C4作物比C3作物具有更高的光合效率的原因。因此研究C4植物光合作用的調(diào)控機(jī)制，解析C3植物葉脈的發(fā)生、發(fā)育機(jī)制對于進(jìn)一步理解高光效的分子機(jī)制、創(chuàng)制高光效種質(zhì)材料具有重要的意義。本研究利用蛋白質(zhì)組學(xué)的方法，研究C4植物玉米葉片光合速率日照單峰模式和C3植物水稻葉片葉脈的發(fā)生、發(fā)育過程中的蛋白質(zhì)種類與表達(dá)的

2、變化，試圖揭示光合作用及葉脈發(fā)生、發(fā)育的分子機(jī)制。
　　植物葉片在晝夜光周期調(diào)節(jié)下的光合速率有不同的模式。當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到最大值時(shí)，玉米葉片光合速率呈單峰型，沒有光合午休現(xiàn)象。這一機(jī)制有助于玉米葉片的高效光合作用。為了了解這個(gè)過程的分子基礎(chǔ)，進(jìn)行了以iTRAQ標(biāo)記為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)組學(xué)分析，以揭示與光合作用反應(yīng)相關(guān)的蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)表達(dá)模式。隨光照強(qiáng)度變化，光合作用相關(guān)的途徑并不僅僅屬于單一的一種表達(dá)模式，玉米葉片蛋白表達(dá)呈現(xiàn)穩(wěn)定、單峰、雙

3、峰等多種表達(dá)模式。捕光天線蛋白在玉米葉片中顯示為穩(wěn)定的表達(dá)模式。而光系統(tǒng)、碳同化和檸檬酸循環(huán)通路受到晝夜光照強(qiáng)度的高度調(diào)節(jié)。這些途徑的限速酶是主要調(diào)節(jié)位點(diǎn)，如異檸檬酸脫氫酶。這表明玉米葉片調(diào)控光合作用光反應(yīng)和碳同化而不是光捕獲途徑，以在蛋白質(zhì)水平適應(yīng)一天中光照強(qiáng)度的變化。
　　葉脈在水分供給和光合產(chǎn)物的養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)中扮演關(guān)鍵角色，是作物育種的重要農(nóng)業(yè)性狀。從葉片基部至葉片尖端，水稻小脈在葉片各部分以平行于其他脈的方向產(chǎn)生。為了揭示水稻

4、小脈的發(fā)生和發(fā)育過程，進(jìn)行了切片解剖學(xué)分析。小脈起始頻率隨葉片基部向葉片尖端呈下降趨勢。對水稻葉片不同部位進(jìn)行了基于iTRAQ標(biāo)記的蛋白質(zhì)組學(xué)分析。光合作用和碳同化相關(guān)蛋白在葉片中部含量較高。此外，與小脈起始頻率模式相關(guān)的蛋白被假定為小脈起始特異的標(biāo)記蛋白。蔗糖降解和合成途徑相關(guān)蛋白分別為小脈的起始和成熟的標(biāo)記。這表明，依據(jù)光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)，小脈的起始和成熟部分顯示不同的源-庫性質(zhì)。蔗糖合成酶是小脈起始的標(biāo)記物，與小脈起始相關(guān)的蛋白是改良