玉米籽粒发育差异表达蛋白研究

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1、分类号S513学校代码10129UDC633.1学号2009302001玉米籽粒发育差异表达蛋白研究StudyofDifferentiallyExpressedProteinsDuringMaizeKernelDevelopment申请人：石海波学科门类：农学学科专业：作物栽培学与耕作学研究方向：作物生理生态指导教师：高聚林教授论文提交日期：二〇一五年十二月摘要玉米籽粒的发育过程就是玉米籽粒产量和品质形成的过程，其产生的蛋白质是基因表达的结果，参与籽粒性状的调控，研究籽粒发育差异表达蛋白，在蛋白质水平上揭示籽粒发育机理，对提高产量和品质的玉米育种和生理调控十分有意义。本文对

2、14个玉米自交系籽粒发育差异表达蛋白进行了研究，主要研究结果如下：1.跟踪测定了14份骨干自交系籽粒发育过程中籽粒体积、籽粒鲜重、干物质以及淀粉、蛋白质、脂肪等产量品质指标，并绘制曲线。依据籽粒鲜重、体积以及干物质变化曲线，将供试材料籽粒发育时期划分为籽粒形成期、迅速增重期和成熟期。2.优化了玉米籽粒蛋白质双向电泳技术体系。通过对酚提取法、TCA/丙酮法和可溶性蛋白提取法三种不同蛋白质提取方法的蛋白质量及电泳效果的比较，得出了可溶性蛋白提取法得到的蛋白最适合玉米籽粒双向电泳研究。对上样量、等电聚焦时间等参数进行了调整。调整后各实验参数为：选用24cm、pH4-7的IPG干胶

3、条，上样量900ug，采取梯度升压的方式，总聚焦80000Vhs。3.建立了郑58和昌7-2以6d为时间间隔的玉米籽粒发育蛋白质双向电泳图谱。鉴定差异表达蛋白点86个。分析表明，苹果酸酶和醛缩酶等16个蛋白在两份材料籽粒发育过程中的表达规律相同，甘氨酸丰富蛋白等蛋白在两份材料籽粒发育过程中的表达规律不同。磷酸丙糖异构酶等19个蛋白在两材料全生育期表达，分泌蛋白等蛋白只在某一时期表达。4.鉴定了在供试14个玉米自交系籽粒形成期、迅速增重期和成熟期差异表达的蛋白质点107个。其中106个点得到有效鉴定，得到51个蛋白。其中21个蛋白存在多个点鉴定为同一蛋白的现象，最多有20个蛋

4、白点鉴定为同一蛋白，少的有2个点为同一蛋白，其余30个蛋白具有专一的蛋白点。5.分析了51个蛋白在14份供试材料中的表达规律。按照差异表达蛋白在供试材料中高丰度表达的时期，差异表达蛋白可分为籽粒形成期特异表达蛋白、迅速增重期特异表达蛋白、成熟期特异表达蛋白、中早期、中晚期特异表达蛋白等。6.分析确定了影响玉米籽粒产量、品质指标的关键蛋白。通过对特异表达蛋白与籽粒产量性状和品质指标的关联分析，得出了与6个籽粒产量品质性状密切相关的蛋白12个：与籽粒脂肪含量综合关联度最高的是成熟期的假定的蛋白ZEAMMB73-585316，关联度值为0.9501，其次是籽粒形成期的推定的肌动蛋

5、白家族蛋白。与籽粒蛋白含量综合关联度最高的是快速增重期的假定的蛋白ZEAMMB73-585316，关联度值为0.9222，其次是成熟期的未描述的蛋白LOC100272498。与籽粒淀粉含量综合关联度最高的是成熟期的甘氨酸丰富蛋白1，关联度为0.9323，其次是快速增重期的球蛋白2。与籽粒干物质量综合关联度最高的是快速增重期的丙氨酸转氨酶，关联度为0.9489，其次是快速增重期的磷酸丙糖异构酶。与百粒重综合关联度最高的是成熟期的classⅣ热激蛋白，关联度为0.9460，其次是快速增重期的磷酸丙糖异构酶。与百粒体积综合关联度最高的是快速增重期的丙氨酸转氨酶，关联度为0.943

6、8，其次是快速增重期的磷酸丙糖异构酶。7.对鉴定的蛋白进行了GO注释和Pathway代谢通路分析，并对差异表达蛋白在玉米籽粒发育中可能的生物学功能进行了分类讨论分析。51个蛋白参与了19个生物学途径，涉及11个细胞学组件，8类分子功能。51个蛋白中33个定位到32个生物代谢途径中。鉴定蛋白功能涉及籽粒发育、能量代谢、氨基酸代谢、蛋白合成与代谢、逆境与抗氧化衰老、贮藏蛋白合成与积累、激素与信号转导、基因转录调节、防御相关蛋白、RNA合成及细胞活性、基因表达调控等。8.初步探索了玉米籽粒发育机理：在籽粒形成期,细胞分裂旺盛，物质代谢以糖类和氨基酸合成代谢为主；在籽粒发育迅速增重

7、期，能量代谢占据了主导地位，蛋白质合成以及氨基酸代谢活跃，糖代谢、嘌呤代谢较旺盛，并持续到成熟，这一时期机体已经启动了逆境、防御以及抗氧化衰老机制，同时，一些参与发育过程调节、调控途径的未知、未描述或未命名的蛋白高丰度表达，直至成熟；在籽粒成熟期，营养物质大量积累，逆境、防御以及抗氧化衰老机制仍活跃，同时信号转导增强。关键词：玉米；籽粒发育；蛋白质组；双向电泳；MALDI-TOF/TOF质谱分析；生物信息学分析StudyofDifferentiallyExpressedProteinsDuringMaizeKern