玉米種子萌發(fā)的蛋白質組學研究.pdf

1、種子萌發(fā)是植物生長發(fā)育過程中的早期階段，是其個體發(fā)育中最為關鍵的時期。這一發(fā)育過程是一系列基因表達的綜合體現，涉及到一系列復雜的生理生化代謝反應和諸多信號分子的傳導。對這一過程的分子機制的探討，一直是現代植物分子生物學研究的重要課題。蛋白質組學的出現和發(fā)展，為研究種子萌發(fā)機理提供了有效的手段。目前種子萌發(fā)的蛋白質組學研究主要集中在擬南芥、水稻等少數測序的模式植物上，作為重要的遺傳學模式植物的玉米在此方面的研究還缺少相關報道。開展玉米(Z

2、ea Mays)種子萌發(fā)的蛋白質組學分析工作，不僅對探討玉米(Zea Mays)萌發(fā)的機理，完善種子生物學研究，解決林木種子萌發(fā)難題有非常重要的意義，而且對于深入理解復雜基因組植物的分子遺傳學特征及指導其育種研究也具有重要價值。另外，為沒有完成或根本未進行基因組測序的重要生物進行前瞻性蛋白質組研究，進而推動其基因組研究提供新的思路和經驗。
　　本文從三個方面進行研究，結果如下：
　　1.采取基于2-DE電泳、考馬斯亮藍染色、

3、質譜鑒定的經典蛋白質組學的方法，對玉米種子萌發(fā)過程中胚和胚乳的蛋白質變化分別進行分析。在胚中鑒定到96個萌發(fā)中發(fā)生變化的蛋白質點，胚乳中鑒定到33個。對此分析，得到的結論是:胚的吸水對于種子的萌發(fā)是第一事件，靜態(tài)的玉米種子在眾多細胞發(fā)生吸脹作用后，其蛋白質組發(fā)生了巨大的變化;不同功能蛋白質的變化模式，可以反映玉米種子不同組織在萌發(fā)過程中的生化反應和代謝過程的特點;玉米種子萌發(fā)，蛋白質水平上的變化先于轉錄水平上的變化，而且胚的蛋白質變化模

4、式與胚乳中存儲產物的分解沒有關系;胚中貯藏蛋白的降解和胚乳中的貯藏蛋白的降解具有不同的變化模式，胚中的蛋白質組的變化可能早于胚乳中的蛋白質組變化;0h到24h的快速吸水期、24h到42h的種子萌發(fā)期、48h到60h的胚根伸長后期，這3個階段是種子萌發(fā)的關鍵時期。我們推測了，LEA（胚胎發(fā)生晚期豐富）蛋白在萌發(fā)前期的降解對激活干種子的新陳代謝具有重要的作用，消除種子中的ABA（脫落酸）影響是萌發(fā)中的重要事件。通過此項研究，使我們了解了玉米

5、種子的不同組織細胞在萌發(fā)過程中的蛋白變化情況，揭示了它們在萌發(fā)過程中生理生化變化和相互間作用的分子機制。
　　2.基于第一方面的研究結果，我們采用經典蛋白質組學的方法，探討了在萌發(fā)過程中不同程度的NaCl脅迫對玉米種子胚和胚乳蛋白質變化的影響。根據不同濃度的NaCl溶液對玉米種子萌發(fā)抑制程度，確定玉米種子萌發(fā)NaCl的傷害閾值和存活閾值分別為0.1 mol/L、0.2 mol/L，分別用此濃度處理玉米種子。蛋白質組學分析表明，Na

6、Cl脅迫下種子貯存物質活化的延遲和能量代謝的紊亂是抑制種子萌發(fā)的主要原因;NaCl脅迫引起的生理干旱和離子毒害，導致許多保護蛋白和相關蛋白的表達，并參與大規(guī)模的防御代謝途徑，但這些途徑只在低鹽濃度下(NaCl傷害閾值以下)起作用，在高鹽濃度(NaCl存活閾值)這些途徑也受到傷害;NaCl對種胚的蛋白質影響比胚乳大。此項研究使我們從時空變化的角度，更加深入、全面的理解鹽脅迫的對玉米種子萌發(fā)傷害機制及其對鹽脅迫的適應機制。
　　3.為

7、了更好的理解可逆蛋白磷酸化在種子萌發(fā)中的作用，我們研究了萌發(fā)的玉米種子胚的磷酸化蛋白質組。通過強陽離子柱結合鳥槍法共鑒定了776個蛋白質，其中包括39個磷酸激酶，16個磷酸酯酶以及含有36個體內磷酸化位點的33個磷酸化蛋白質。除了先前報道的HSP22磷酸化位點外，本試驗所鑒定的其它磷酸化位點均未見文獻報道。通過QRT-PCR測定，發(fā)現在種子萌發(fā)期間15個激酶基因的轉錄是明顯上調的，萌發(fā)后4個磷酸酶基因轉錄是上調的。這些結果表明在玉米種子