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 | | TraesCS3D01G491400.1 | 6-phosphogluconate dehydrogenase | 2.5968 | Up | | TraesCS2B01G096200.1 | Ascorbate peroxidase | 1.5695 | Up | | TraesCS3A01G488200.1 | Glutathione S-transferase | 1.5215 | Up | | TraesCS3B01G536100.1 | Glutathione S-transferase | 1.9499 | Up | | TraesCS3D01G445400.1 | Glutathione S-transferase | 0.6058 | Down | | W5D4D9 | W5D4D9_WHEAT uncharacterized protein | 0.5675 | Down |
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表3
谷胱甘肽代谢途径相关差异表达蛋白(川麦66 vs. 蜀麦969)
正文中引用本图/表的段落
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)。
营养库活性类别, 主要是低分子谷蛋白和醇溶蛋白等贮藏蛋白, 是小麦种子的重要结构组成成分。贮藏蛋白的种类和表达量, 决定着小麦种子中蛋白的含量和组成, 从而影响小麦硬度。酶抑制剂类蛋白对硬粒的影响目前未见专门报道。以puroindolines蛋白为例, 该蛋白具有α-淀粉酶抑制剂功能, 假设puroindolines高表达可有效抑制α-淀粉酶, 从而防止种子中淀粉水解。由此, 可解释软质小麦中淀粉粒较完整、近似球形, 而硬质小麦淀粉粒破坏严重、胚乳结构致密[3]。硬质麦中, 蛋白质和淀粉以水溶性糖蛋白方式紧密结合[1], 可能与缺少淀粉酶抑制剂, 造成淀粉表面水解成糖有关。不管是营养库类别还是酶抑制剂类别, 均有部分蛋白相对表达量与籽粒柔软度呈正相关, 另一部分则为负相关, 其作用机制有待进一步研究。
本文的其它图/表
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