黃瓜果實彎曲性蛋白質組學研究.pdf

1、黃瓜果形是衡量黃瓜品質的重要條件。在黃瓜栽培和育種工作中，有效減少彎曲果實的比率，培育果形順直、整齊一致的品種尤為重要。黃瓜果實彎曲性是多基因控制的數量性狀遺傳。黃瓜果實彎曲性的基因加性效應較大，顯性效應相對較小。顯性×環(huán)境互作效應相對較高，加性×環(huán)境互作效應很小。為了能從遺傳育種角度對黃瓜果實彎曲特性進行研究，實現對果實彎曲的調控和改良，有必要對黃瓜果實彎曲性的分子機理進行研究。果實彎曲形成過程中，會存在一系列的細胞調控機制，必然涉及

2、到多個蛋白質，果實發(fā)生彎曲后，會通過改變體內蛋白質的表達和酶類的活性等來完成信號的感應、傳遞以及生物學效應的實現。因此，要對生命的復雜活動有全面和深入的認識，必然要在整體、動態(tài)、網絡的水平上對蛋白質進行研究，有助于在蛋白質水平上全面系統(tǒng)認識彎曲果實的變化特征和細胞代謝等過程。將其與基因組學、轉錄組學、代謝組學整合，能夠實現對體系內代謝調控的動態(tài)監(jiān)測，揭示細胞生理狀態(tài)的進程與本質、對彎曲發(fā)生的反應途徑以及細胞調控機制，對我們從整體上系統(tǒng)地

3、解析黃瓜果實彎曲形成和調控的復雜機理具有重要意義。
　　 本研究利用雙向凝膠電泳和質譜分析技術，研究開花座果期、果實膨大期和商品成熟期黃瓜順直果實、彎曲果實腹部和脊部蛋白質組的變化，獲得黃瓜彎曲特性相關差異蛋白，利用生物信息學方法對差異蛋白質的生物學功能、參與生物過程、調控機制、蛋白質間的相互作用、染色體定位信息等進行分析，利用實時定量PCR技術對順直果實、彎曲果實腹部和脊部的基因表達量變化進行驗證，尋找調控黃瓜果實彎曲的關鍵基

4、因，探索黃瓜果實彎曲形成的分子機理以及相關調控機制。主要研究結果如下:
　　 1)采用雙向凝膠電泳技術(2-DE)對黃瓜順直果實、彎曲果實腹部和彎曲果實脊部樣品進行黃瓜果實彎曲特性差異蛋白質組學研究，分別在開花座果期、果實膨大期和商品成熟期鑒定到2114、1929和2638種差異蛋白質;利用2-sample t-test和fold change方法篩選差異表達蛋白質。利用質譜分析技術對差異蛋白質進行鑒定，分別獲得開花座果期、果實

5、膨大期和商品成熟期表達量符合上調2倍以上、有99％統(tǒng)計學顯著性(P＜0.05)的差異表達蛋白質11、7和43個。
　　 2)鑒定蛋白質多數為彎曲果實和順直果實間差異表達蛋白質，少數為彎曲果實腹部和脊部間差異表達蛋白質。與順直果實相比，開花座果期、果實膨大期和商品成熟期在彎曲果實腹部下調兩倍表達、在彎曲果實脊部和順直果實中無顯著差異的差異蛋白質數分別為2、0和6個;在彎曲果實脊部下調兩倍表達、在彎曲果實腹部和順直果實中無顯著差異的

6、差異蛋白質均為1個;與順直果實相比，在彎曲果實腹部與脊部均上調表達、而腹部和脊部之間沒有顯著差異的蛋白質數分別為3、4和19個，在彎曲果實腹部與脊部均下調表達、且在腹部和脊部無顯著差異的差異蛋白質數分別為5、2和14個。
　　 3)鑒定的差異蛋白質分為22個功能類別，包括氧化還原、蛋白質水解、轉運、新陳代謝過程、細胞蛋白質代謝、細胞周期、光合作用、逆境脅迫、核黃素合成、細胞骨架組成與發(fā)生、氮代謝、脂類代謝、核苷酸代謝、mRNA代

7、謝、生物節(jié)律、蛋白酶體調節(jié)、生物過程、DNA損傷應激反應、DNA復制調節(jié)、復制后修復、翻譯延伸以及未獲得分類蛋白。其中，與黃瓜果實彎曲性相關的差異蛋白質功能主要集中在氧化還原過程，此外，轉運、細胞周期、光合作用和蛋白質水解等功能蛋白質也發(fā)揮重要作用。
　　 4)對開花座果期、果實膨大期和商品成熟期的差異蛋白質進行層次聚類分析，主要分為兩個大類，分別包括20和41個差異蛋白質。第一類(HZ9412-HK4319)多在果實發(fā)育初期表

8、達量低，而在果實發(fā)育中后期表達量高;第二類(HZ7802-HZ1314)多在果實發(fā)育初期或中期表達量高，在果實發(fā)育中后期表達量高。根據差異蛋白質的表達情況，順直果實和彎曲果實腹部和脊部被聚類為兩組，一組為果實膨大期彎曲果實腹部和脊部、商品成熟期彎曲果實腹部和脊部;另一組包括開花座果期順直果實、彎曲果實腹部和脊部，果實膨大期順直果實，商品成熟期順直果實，不同時期蛋白質表達量的差異遠大于相同時期不同部位的蛋白質表達量差異。
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9、)60個差異蛋白質序列分別成功定位在黃瓜7條染色體上，第6和第4條染色體上最多，分別為13個和11個，第2條染色體上最少，只有5個。同時包含三個時期差異表達蛋白質信息的染色體為第1、第3和第6染色體。除第7染色體以外，其他6條染色體上均存在參與氧化還原過程相關差異蛋白序列信息分布比較均勻，最多為3個，最少為1個。參與轉運過程的蛋白質序列主要定位在第5染色體上，少數在第7染色體上。參與蛋白質水解的差異蛋白質序列信息主要定位于第4染色體。參

10、與光合作用蛋白序列信息主要定位于第6染色體。
　　 6)利用KEGG數據庫信息和KO分類體系分析差異蛋白質所在的生物學通路及相互關系，共找到39個相關的pathway，其中氧化磷酸化，光合作用，乙醛酸二羧酸代謝，細胞周期，卵母細胞減數分裂等pathway呈現蛋白質富集，對黃瓜果實彎曲進行調控。
　　 7)對分別參與氧化還原過程、轉運過程、核黃素代謝、脂代謝和氮代謝過程的8個差異蛋白質在mRNA水平進行驗證，轉錄水平與蛋白