优质小麦陕253灌浆期籽粒发育的差异蛋白组学研究

发布时间：2017-12-12 20:24

  本文关键词：优质小麦陕253灌浆期籽粒发育的差异蛋白组学研究

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【摘要】：小麦是人类重要的食物来源,世界上约35%-40%的人以它为主要粮食。随着生活水平的提高,人们对小麦品质的要求也越来越高。近年来蛋白质组学迅速发展,为探索小麦灌浆期籽粒蛋白的动态变化提供了可能。本试验利用52个淀粉特异性品种,对其10个品质性状的相关性及主成分进行分析。选取其中品质最好的陕253小麦,对其灌浆期的高分子谷蛋白及醇溶蛋白的动态变化进行研究。并使用扫描电子显微镜对该品种籽粒淀粉颗粒的动态变化进行观察。利用iTRAQ技术对陕253花后15、20、25、30天的蛋白质组学变化进行研究,并从中挑选10个典型蛋白,进行相应的荧光定量分析。随后选取其中的典型蛋白(LWM-GS,Q8W3V4),对其调控基因进行克隆、原核表达等研究。主要结果如下:1.52份小麦的10个品质指标间存在丰富的变异类型,并多呈现显著或极显著关系。对供试材料的上述性状进行主成分分析,共筛选出4个主成分,其贡献率分别是47.99%、18.32%、11.49%、8.06%。其中陕253的品质最好,该品种的延伸度、最大抗延阻力、稳定时间、拉伸面积均明显高于其它品种。2.陕253高分子谷蛋白亚基类型为1、14+15、5+10,中国春高分子谷蛋白亚基组成为Null、7+8、2+12,两品种的醇溶蛋白类型也不尽相同。陕253的高分子谷蛋白亚基1、14+15、5+10在花后15天均已出现。随着小麦籽粒发育进程的延续,5个条带越来越清晰,说明高分子谷蛋白随小麦籽粒发育进程的延续而不断合成。醇溶蛋白方面,ω型醇溶蛋及γ型醇溶蛋白的主要条带于花后15天出现,但极为模糊,少数α型、β型醇溶蛋白条带于花后15天出现。花后20天时,蛋白条带明显增多,颜色显著加深。花后25、30天,条带颜色继续变深,表明醇溶蛋白含量不断增加。淀粉颗粒方面,A型淀粉颗粒于花后15到20天快速增大,而B型颗粒增长缓慢。淀粉颗粒数量则随着籽粒发育而不断累积,直至谷物成熟。3.在1%错误发现率的筛选条件下,共鉴定出分属于7069个蛋白的30360个独立肽段。以2倍差异为基准,共筛选出859个差异表达蛋白,其中498个差异蛋白仅在1个时期检测到,227个差异蛋白在2个时期同时检出,134个差异蛋白在所有时期均可检测到。层聚类分析将134个所有时期均检测到的差异蛋白归为6类,其中多数蛋白属于IV-VI类,且在开花15天以后大量积累。4.第一、第二、第三时期鉴定的差异蛋白分别归为27、33、33种GO类型。上述GO类型可划分为细胞组成、分子功能以及生物进程这三大类。其中细胞、细胞组分,催化活性、结合类型蛋白,代谢过程、细胞进程分别为上述大类中涉及蛋白最多的GO类型。三个时期检测到的COG类型分别是17、21、21种。其中G类型、O类型以及R类型所涉及的蛋白在三个检测时期均最多。利用KEGG通路分析,共发现24条通路变化显著,三个时期变化显著的通路数量分别为14、8、2条。5.检测到大量与能量代谢、淀粉合成、贮藏蛋白、防御胁迫相关的蛋白。能量代谢相关蛋白有3-磷酸甘油醛脱氢酶(W5ATV6)、ATP合成酶蛋白(W5AMD4、W5GYE4、S4Z0A5),上述蛋白在小麦花后15-30天逐渐下调。淀粉合成相关蛋白中,颗粒结合型淀粉合成酶(W5DNU0)和淀粉分支酶(O04074)显著上调,并在花后30天最高表达。贮藏蛋白方面,高分子量谷蛋白亚基(W5AIU1)、低分子量谷蛋白亚基(Q8W3V4)、醇溶蛋白(D2KFG9)和燕麦蛋白(W5DVL2)也在这一时期大量积累。同时,还检测到32个与胁迫、防御相关的蛋白。6.挑选蛋白质组数据中的典型蛋白-低分子量谷蛋白亚基(Q8W3V4),对调控该蛋白的基因进行克隆,得到克隆片段的开放阅读框为894 bp,可编码298个氨基酸。序列比对显示试验所得基因与调控低分子量谷蛋白亚基(Q8W3V4)基因的开放阅读框之间仅存在2个碱基的差异,而推导蛋白序列则与Q8W3V4序列间也仅有2个氨基酸位点的差别,这进一步证明了试验所得蛋白质组数据的准确性。该推导蛋白的二级结构中,无规则卷曲所占比值最高,为55.37%,α-螺旋所占比值稍低,为35.57%,含量最低的为延伸链,其比值是9.06%。系统演化分析表明该推导蛋白与提莫菲维小麦的低分子谷蛋白同属一支,而与偃麦草属、黑麦的低分子谷蛋白关系较远。SDS-PAGE检测发现,目的蛋白成功表达。经纯化后对目的蛋白进行掺粉试验,结果发现目的蛋白对面粉品质具有一定的正向作用。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S512.1

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