两个不同籽粒硬度小麦的比较蛋白组学分析
刘培勋,马小飞,万洪深,郑建敏,罗江陶,蒲宗君
作物学报
2020, 46 ( 8):
1275-1282.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91068
小麦是全球种植面积最大粮食作物, 为全球45亿人提供日常蛋白和能量摄入的20%。弄清小麦籽粒硬度遗传基础, 对于改良小麦品质具有重大意义。为探讨不同硬度小麦种子的分子基础, 本实验选用西南麦区2个硬度差异极显著的小麦品种川麦66和蜀麦969, 从蛋白水平上分析其种子蛋白差异表达情况, 利用TMT定量蛋白质组学技术(tandem mass tags)结合生物信息学分析, 分析差异表达的蛋白及其功能和通路等富集情况。结果表明, 鉴定并定量了有效蛋白6020个, 其中显著差异表达蛋白113个, 在软质麦川麦66中上调表达的69个, 下调表达的44个。差异蛋白GO富集分析共富集到65个GO条目, 达到极显著富集水平的包括生物过程的1个条目、细胞组成的1个条目和分子功能的6个条目。推测营养库活性类蛋白、酶抑制剂活性类蛋白和谷胱甘肽代谢途径类蛋白可能参与小麦籽粒硬度形成。籽粒硬度相关蛋白可能主要分布于细胞胞外区, 具有防御作用。从系统发育分析推测, puroindolines蛋白及其同源蛋白, 可能既作为小麦籽粒贮藏蛋白, 同时还能作为酶抑制剂调控籽粒发育。本研究为进一步探索小麦籽粒硬度遗传机制提供了参考。
蛋白名称
Protein ID | 描述
Description | 差异倍数
Fold change | 上调/下调
Up/down | | Q5UHH6 | Q5UHH6_WHEAT 0.19 dimeric alpha-amylase inhibitor (fragment) | 1.6788 | Up | | TraesCS5D01G004300.1 | Puroindoline-b, protease inhibitor/seed storage/LTP family | 2.8227 | Up | | P81713 | IBB3_WHEAT Bowman-Birk type trypsin inhibitor | 1.5092 | Up | | TraesCS4A01G460900.1 | Invertase inhibitor, plant invertase/pectin methylesterase inhibitor | 1.5169 | Up | | TraesCS1D01G028500.1 | Chymotrypsin inhibitor | 2.3465 | Up | | TraesCS5D01G561800.1 | Invertase inhibitor, plant invertase/pectin methylesterase inhibitor | 2.0582 | Up | | A0A080YTU1 | A0A080YTU1_WHEAT uncharacterized protein | 1.5779 | Up | | A0A2X0S1F0 | A0A2X0S1F0_WHEAT peptidase A1 domain-containing protein | 1.9149 | Up | | TraesCS4D01G205800.1 | ADP-ribosylation factor GTPase-activating protein | 1.6650 | Up | | TraesCS7A01G502500.1 | Eukaryotic aspartyl protease family protein | 2.3542 | Up | | TraesCS3D01G467500.1 | Eukaryotic aspartyl protease family protein | 0.3700 | Down | | TraesCS4D01G250000.1 | Dimeric alpha-amylase inhibitor | 0.3659 | Down | | TraesCS1D01G265900.1 | Wound-induced protease inhibitor | 0.5474 | Down | | TraesCS3D01G025700.1 | Trypsin inhibitor | 0.1974 | Down | | TraesCS6B01G407700.1 | Aspartic proteinase nepenthesin-1 | 0.6473 | Down |
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表2
酶抑制剂类相关差异表达蛋白(川麦66 vs. 蜀麦969)
正文中引用本图/表的段落
前人对于小麦籽粒硬度的研究主要集中于puroindoline基因(Pina和Pinb), 该蛋白主要在软质麦中存在和表达。从UniProt数据库下载小麦Pina和Pinb蛋白。将本研究中鉴定出的在软质麦川麦66中较硬质麦蜀麦969中显著上调表达的蛋白与puroindolines蛋白一起, 利用Clustal X 2.0进行序列比对, 利用MEGA 7.0软件邻接法构建系统发育树, 分析差异表达蛋白与puroindolines蛋白的同源关系[28]。
达到极显著富集水平的分子功能类的6个GO条目, 有1个为营养库活性, 其余5个条目均涉及酶抑制剂活性。营养库活性条目中包含16个差异表达蛋白(表1), 其中在川麦66中显著上调表达的有7个, 下调表达的9个。该类别中包含的蛋白主要有低分子谷蛋白亚基、燕麦相似蛋白、α和γ-醇溶蛋白及萌发素类蛋白。5个涉及酶抑制剂活性的条目中, 多个蛋白均同时属于不同的GO条目。经整理, 属于酶抑制剂活性类的差异表达蛋白共15个, 包括α-淀粉酶、胰蛋白酶、转化酶、糜蛋白酶等(表2)。其中, 10个蛋白在川麦66中显著上调表达, 5个下调表达, puroindoline b蛋白富集于该类别中, 在川麦66中较蜀麦969差异表达倍数达到2.8倍。
通过KEGG Pathway显著性富集分析, 可了解差异蛋白参与的最主要生化代谢途径和信号转导途径。通过KEGG富集, 113个差异蛋白中有48个差异蛋白富集到26个生化代谢途径, 达到显著富集的有谷胱甘肽代谢(Glutathione metabolism)、光合作用-天线蛋白(phtosynthesis- antenna proteins)和类胡萝卜素代谢(carotenoid biosynthesis)。但光合作用-天线蛋白代谢和类胡萝卜素代谢分别仅有1个差异蛋白, 可靠性较差。谷胱甘肽代谢条目达到极显著富集水平, 包含6个差异表达蛋白, 其中4个上调表达, 2个下调表达(表3)。
本文的其它图/表
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