我國(guó)玉米核心種質(zhì)磷脅迫蛋白質(zhì)表達(dá)差異和基因組SSR分析.pdf

1、磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必須的大量元素之一，它在植物體內(nèi)是一系列重要化合物如核苷酸、核酸、核蛋白、磷脂、ATP酶等的重要組成部分。同時(shí)，磷在植物體內(nèi)以多種形式參與能量代謝，光合作用，信號(hào)傳導(dǎo)等幾乎所有的生命活動(dòng)，對(duì)作物高產(chǎn)及保持品種的優(yōu)良特質(zhì)具有重要意義。植物體內(nèi)的磷主要通過(guò)根系吸收土壤中的可溶性磷酸鹽來(lái)滿足其營(yíng)養(yǎng)需求。據(jù)全國(guó)土壤普查資料估計(jì)，我國(guó)有1/3-1/2的土壤缺磷。為解決土壤中有效磷不足的問(wèn)題，生產(chǎn)上通過(guò)施肥來(lái)解決土壤缺磷問(wèn)題。施入

2、土壤的大量磷肥在土壤中以無(wú)效狀態(tài)儲(chǔ)存起來(lái)，磷肥的當(dāng)季利用率一般只有10％-25％[1]。同時(shí)，大量施用磷肥，不僅耗竭有效的磷資源，而且?guī)?lái)環(huán)境污染，破壞生態(tài)平衡[2]。因此，利用作物固有的生物學(xué)特性，挖掘作物自身對(duì)土壤磷元素高效吸收利用的潛力，培育磷高效作物品種，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑[3]。
　　 玉米(Zea maysL.)是世界上種植面積最為廣泛的作物之一，僅次于小麥和水稻，。缺磷是限制玉米生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量的重要

3、因素。目前玉米品種的選育主要集中在產(chǎn)量和品質(zhì)性狀上，選育的品種磷利用效率一般不高。玉米苗期缺磷，即使后期供給充足的磷也難以彌補(bǔ)早期缺磷的不良影響。因此，深入研究玉米苗期磷脅迫機(jī)制，對(duì)于提高玉米品質(zhì)和產(chǎn)量，獲得磷高效基因型玉米提供了依據(jù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于玉米耐低磷研究非?；钴S，主要集中在玉米的形態(tài)，生理和根系特征的變化[4-9]。
　　 蛋白質(zhì)作為細(xì)胞功能的執(zhí)行者，直接反映植物的生命活動(dòng)，據(jù)作者所知，現(xiàn)在較少有涉及玉米葉片的蛋白

4、質(zhì)水平的研究。為進(jìn)一步揭示玉米耐低磷機(jī)理以及其耐低磷性的遺傳基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)以以河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育雜交種鄭單958及其親本自交系鄭58及昌7-2為材料，在磷脅迫條件下，分析培養(yǎng)基條件下生長(zhǎng)玉米苗期時(shí)片的蛋白質(zhì)表達(dá)差異，為進(jìn)一步深入研究磷脅迫響應(yīng)基因，培育磷高效作物提供重要的資料。
　　 雜種優(yōu)勢(shì)是生物界普遍存在的一種現(xiàn)象，指雜合體在一種或者多種性狀上優(yōu)于兩個(gè)親本的現(xiàn)象。利用雜種優(yōu)勢(shì)原理進(jìn)行作物新品種的培育是現(xiàn)在育種的主要方法。近年

5、來(lái)，人們對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)的DNA和RNA水平研究取得了巨大的成就，但在蛋白質(zhì)水品的研究很少。為了進(jìn)一步研究鄭單958在雜種優(yōu)勢(shì)上的表現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)利用雙向電泳技術(shù)對(duì)鄭單958及其親本在缺磷條件下進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，同時(shí)在DNA水平上對(duì)鄭58、鄭單958及其親本進(jìn)行SSR多態(tài)性分析，從而對(duì)鄭單958的雜種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析。
　　 在實(shí)驗(yàn)室原有技術(shù)基礎(chǔ)上以國(guó)審玉米品種鄭單958及其親本昌7-2和鄭58的成熟胚分別于缺磷MS培養(yǎng)基和完全培養(yǎng)基生長(zhǎng)一

6、月期的幼苗為材料，對(duì)其蛋白質(zhì)進(jìn)行2D聚丙烯酰胺凝膠電泳分離，同時(shí)對(duì)掖478、鄭單958及其親本昌7-2和鄭58進(jìn)行SSR多態(tài)性標(biāo)記篩選，從麗對(duì)鄭58和掖478玉米自交系基因組差異性進(jìn)行分析，為進(jìn)一步分析鄭單958的雜種優(yōu)勢(shì)提供理論基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、本實(shí)驗(yàn)鄭單958及其親本自交系鄭58及昌7-2的成熟胚為材料，并同于幼胚，各自分別在MS缺磷培養(yǎng)基及MS完全培養(yǎng)基上生長(zhǎng)一月期，結(jié)果表明，成熟胚在MS缺磷及MS完全培

7、養(yǎng)基上成活率較低，分別約為10％和20％，成活幼苗莖桿較為粗壯，植株較高；幼胚在MS缺磷及MS完全培養(yǎng)基上成活率較高，分別約為70％和90％，成活幼苗莖桿瘦弱，植株較矮小。
　　 2、研究?jī)?yōu)化了玉米組培綠苗蛋白提取過(guò)程中技術(shù)環(huán)節(jié)，克服了葉綠素、酚和醌類(lèi)物質(zhì)對(duì)提取蛋白質(zhì)量的影響，為建立穩(wěn)定的重復(fù)性好的綠色葉片蛋白質(zhì)提取技術(shù)體系和蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)體系，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
　　 3、經(jīng)過(guò)對(duì)完全培養(yǎng)基生長(zhǎng)幼苗和缺磷培養(yǎng)基生長(zhǎng)的幼

8、苗蛋白質(zhì)雙向電泳凝膠圖片的分析，對(duì)18個(gè)差異性較大的蛋白質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行3D圖分析，以位點(diǎn)體積值計(jì)算，完全培養(yǎng)基生長(zhǎng)幼苗和缺磷培養(yǎng)基生長(zhǎng)幼苗蛋白質(zhì)差異位點(diǎn)體積值差異明顯，揭示出有磷和無(wú)磷幼苗蛋白質(zhì)的關(guān)鍵差異位點(diǎn)。
　　 4、應(yīng)用ImageMaster2D Platinum(Version6.0)軟件對(duì)完全培養(yǎng)基生長(zhǎng)幼苗和缺磷培養(yǎng)基生長(zhǎng)幼苗蛋白質(zhì)圖譜進(jìn)行分析，以前者為對(duì)照，其中鄭單958對(duì)照及其缺磷處理幼苗蛋白質(zhì)分別有617和580個(gè)蛋白

9、質(zhì)點(diǎn)，匹配點(diǎn)220個(gè)，其中93個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量上調(diào)，127個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量下調(diào)；鄭58對(duì)照及其缺磷處理幼苗蛋白質(zhì)分別有555和431個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)，匹配點(diǎn)224個(gè)，其中78個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量上調(diào)，146個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量下調(diào)；昌7-2對(duì)照及其缺磷處理幼苗蛋白質(zhì)分別有218和213個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)，匹配點(diǎn)107個(gè)，其中38個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量上調(diào)，69個(gè)蛋白點(diǎn)表達(dá)量下調(diào)；同時(shí)在鄭單958及其親本之間存在一些明顯差異位點(diǎn)，對(duì)研究植物缺磷條件下雜種優(yōu)勢(shì)提供了重要的蛋白質(zhì)

10、組學(xué)信息。
　　 5、選擇玉米成熟胚幼菌葉片提取蛋白質(zhì)，通過(guò)pH3-10 IPG膠條進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，并利用質(zhì)譜技術(shù)分別鑒定鄭單958、昌7-2及鄭58在缺磷及正常條件下生長(zhǎng)所表達(dá)的差異蛋白質(zhì)。在鄭單958、昌7-2及鄭58幼苗處理前后差異表達(dá)蛋白質(zhì)中共鑒定出12個(gè)、五種類(lèi)型蛋白質(zhì)，其中涉及蛋白質(zhì)參與的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、翻譯、植物修復(fù)、能量合成、光合作用。其中ATP合成酶β亞基在鄭58中發(fā)生表達(dá)下調(diào)，ATP合成酶δ亞基在昌7-2中發(fā)生

11、表達(dá)下調(diào)現(xiàn)象，但在鄭單958中并沒(méi)有出現(xiàn)ATP合成酶的明顯差異性表達(dá)，這可能暗示了鄭單958在磷脅迫的環(huán)境適應(yīng)方面的雜種優(yōu)勢(shì)。
　　 6、通過(guò)200對(duì)SSR引物對(duì)掖478、鄭單958及其親本鄭58和昌7-2進(jìn)行多態(tài)性篩選和雜交優(yōu)勢(shì)分析，發(fā)現(xiàn)在200對(duì)引物中有60對(duì)引物在鄭單958及其親本之間表現(xiàn)多態(tài)性，47對(duì)引物在鄭58和掖478之間表現(xiàn)多態(tài)性，SSR多態(tài)性標(biāo)記在不同染色體上呈現(xiàn)不均勻性分布，且在同染色體上呈現(xiàn)不均勻性分布，并且