水稻兩優(yōu)培九不同氮素處理葉片和籽粒蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、本研究以超級(jí)雜交水稻“兩優(yōu)培九”為實(shí)驗(yàn)材料，運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法和技術(shù)研究分析水稻生育后期不同氮素處理?xiàng)l件下葉片和籽粒蛋白質(zhì)組變化，并鑒定分析了這些差異蛋白點(diǎn)的生物功能，試圖從氮素營(yíng)養(yǎng)方面來探討氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)雜交水稻灌漿過程中葉片及籽粒灌漿生理影響的分子機(jī)制，初步闡明制約生育后期弱勢(shì)粒灌漿不足，充實(shí)度差的分子機(jī)制。 本研究在水稻整個(gè)生育期設(shè)置不同的氮素處理(即正常供氮水平的1/2，正常供氮水平，正常供氮水平的2倍)，并于開花期以及開花

2、后25天分別提取不同處理葉片蛋白，通過雙向電泳(2-DE)和圖譜分析，葉片共發(fā)現(xiàn)17個(gè)蛋白質(zhì)發(fā)生差異表達(dá)，這些蛋白質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過質(zhì)譜分析和數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，其中有16個(gè)得到鑒定。根據(jù)其功能，分為與植物光合作用有關(guān)的(有6個(gè))分別為核酮糖-1，5-二磷酸活化酶、碳酸酐酶、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亞基、光系統(tǒng)I，Rieske Fe-s蛋白以及Cytb6/f；與植物體能量代謝途徑相關(guān)(有2個(gè))分別推定為葉綠體磷酸甘油酸激酶、核苷二磷酸激酶I

3、：與清除自由基有關(guān)的(有3個(gè))推定為超氧化物歧化酶銅-鋅復(fù)合體、抗壞血酸過氧化物酶和Peroxiredoxin(PRX)家族蛋白；與蛋白質(zhì)合成、貯藏蛋白及蛋白互作有關(guān)的酶(有3個(gè))推定為葉綠體核糖體蛋白L1、Cupin家族、錨蛋白重復(fù)序列家族蛋白；與氮素同化有關(guān)的(有1個(gè))為谷氨酰胺合成酶；其他功能類型蛋白(1個(gè))其編號(hào)為OsO7g0212200(推測(cè)為具有催化活性的輔酶結(jié)合蛋白)。于開花后25天分別提取不同氮素處理的強(qiáng)弱勢(shì)粒蛋白，弱勢(shì)

4、粒共發(fā)現(xiàn)10個(gè)蛋白質(zhì)發(fā)生差異表達(dá)，有9個(gè)蛋白得到鑒定。強(qiáng)勢(shì)粒發(fā)現(xiàn)5個(gè)蛋白質(zhì)發(fā)生差異表達(dá)，其中有4個(gè)蛋白得到鑒定。 通過對(duì)葉片進(jìn)行的差異蛋白質(zhì)點(diǎn)鑒定結(jié)果的分析，研究發(fā)現(xiàn)與植物光合作用有關(guān)的蛋白占的比例比較大，而且表達(dá)量大，說明氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)于光合的影響是通過影響與光合有關(guān)酶的活化、CO2的活化、光系統(tǒng)單位和電子傳遞鏈構(gòu)成來影響和調(diào)節(jié)光合作用。同時(shí)氮素還影響了能量的合成和植物體內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生和清除系統(tǒng)，在能量產(chǎn)生和氧自由基的清除方面起

5、生理功能的調(diào)節(jié)作用。另外，氮素還影響到蛋白質(zhì)的合成儲(chǔ)藏及互作。在本研究中，一個(gè)與氮素同化有關(guān)的蛋白-一谷氨酰胺合成酶被鑒定出，隨著氮素水平的提高其表達(dá)量上調(diào)說明氮素直接促進(jìn)了氮素代謝的同化酶GS的合成，從而影響氮素的同化和代謝。 通過對(duì)弱勢(shì)粒進(jìn)行的差異蛋白質(zhì)點(diǎn)鑒定結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)ATP合酶、精氨(基)琥珀酸合酶、琥珀酰輔酶A合成酶、吲哚乙酸酰胺水解酶，蘋果酸脫氫酶，二氫硫辛酸乙酰(基)轉(zhuǎn)移酶，Ran GTP酶在二倍氮素處理下表達(dá)

6、量上調(diào)，弱勢(shì)粒中這些上調(diào)蛋白分別集中在：(1)能量合成的相關(guān)酶蛋白；(2)加速產(chǎn)能豐富的TCA循環(huán)；(3)促進(jìn)生長(zhǎng)和細(xì)胞分裂的生長(zhǎng)素的釋放。結(jié)果說明能量和促生長(zhǎng)是弱勢(shì)粒灌漿的主題。作為分子伴侶在籽粒灌漿中起調(diào)控作用的α-晶狀體球蛋白類型熱休克蛋白在正常氮素和2倍氮素處理時(shí)穩(wěn)定表達(dá)。通過對(duì)強(qiáng)勢(shì)粒進(jìn)行的差異蛋白質(zhì)點(diǎn)鑒定結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)作為水稻儲(chǔ)藏蛋白的谷蛋白表達(dá)量隨著氮素水平的提高而提高，蓖麻蛋白B凝集素以及果糖二磷酸醛縮酶細(xì)胞質(zhì)的同工酶與

7、高低氮兩種處理相比，正常氮素水平表達(dá)量最高。葡糖-1-磷酸腺苷?；D(zhuǎn)移酶主要與籽粒中淀粉的形成有關(guān)，二倍氮素處理與正常氮素相比，其表達(dá)量反而下降。這些點(diǎn)的表達(dá)量變化說明了強(qiáng)弱勢(shì)粒不同的灌漿階段其代謝特點(diǎn)和中心具有明顯區(qū)別，這時(shí)氮素影響的是強(qiáng)勢(shì)粒相關(guān)蛋白的貯藏和碳水化合物的代謝以及對(duì)于其呼吸作用的調(diào)控，這一階段的高氮水平對(duì)強(qiáng)勢(shì)粒淀粉的合成并非積極因素。 氮素是植物的生命元素，氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)于植物生命活動(dòng)的影響和調(diào)節(jié)具有重要作用，水稻生