玉米粒位效應的差異蛋白質(zhì)組學機制及其對6-BA調(diào)控的響應.pdf

1、在大田生產(chǎn)中，增加種植密度是當前玉米品種獲得高產(chǎn)的重要舉措。但玉米籽粒發(fā)育存在顯著粒位效應，即與雌穗中、下部強勢籽粒相比，上部弱勢籽粒灌漿啟動慢，灌漿充實不充分，最終粒重低。過高的種植密度會加劇這種粒位差異，甚至導致弱勢籽粒敗育，嚴重限制玉米高產(chǎn)潛力的發(fā)揮。因此，密植條件下探究玉米粒位效應的成因，并采取有效栽培措施促進籽粒灌漿不僅是理論研究的必要，并且在生產(chǎn)實踐中也具有重要的指導意義。本研究于2015-2016年在山東農(nóng)業(yè)大學黃淮海區(qū)域

2、玉米技術創(chuàng)新中心和作物生物學國家重點實驗室進行，選用高產(chǎn)夏玉米品種鄭單958和登海661為試驗材料，種植密度90000株 hm-2，采用田間試驗小區(qū)的方法從生理學層面研究玉米強、弱勢籽粒發(fā)育差異的原因以及噴施6-BA對玉米強、弱勢籽粒生長發(fā)育的調(diào)控效應，同時重點利用iTRAQ為基礎的蛋白質(zhì)組學技術探討玉米強、弱勢籽粒發(fā)育過程中差異蛋白質(zhì)組的表達特性，著重在蛋白水平上揭示玉米粒位效應的成因，以期為改善籽粒灌漿，實現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效栽培提供理論

3、依據(jù)和技術支持。主要研究結(jié)果如下：
　　1.玉米弱勢籽粒的庫容與庫活性顯著低于強勢籽粒
　　籽粒庫容建成期，弱勢籽粒最大胚乳細胞增殖速率及平均增殖速率、最大胚乳細胞數(shù)目均顯著低于強勢籽粒，導致弱勢籽粒庫容量較低。
　　籽粒灌漿期，強、弱勢籽粒間同化物供應無顯著差異，但弱勢籽粒的淀粉和蛋白積累量均顯著低于強勢籽粒，造成弱勢籽粒灌漿速率慢、最終粒重低。弱勢籽粒較低的淀粉積累量與其灌漿期較低的蔗糖-淀粉代謝相關酶 SuSy、

4、AGPase、SSS、GBSS以及SBE活性有關。
　　玉米籽粒內(nèi)源激素含量與籽粒灌漿速率呈顯著或者極顯著正相關。但玉米強、弱勢籽粒間內(nèi)源激素含量存在顯著差異，灌漿前、中期弱勢籽粒ZR、IAA、GA3以及ABA含量均明顯低于強勢籽粒，這也是造成弱勢籽粒灌漿較差的重要原因。
　　2.玉米籽粒不同發(fā)育階段展現(xiàn)相異的蛋白表達特性
　　本研究首次利用iTRAQ蛋白質(zhì)組學技術分析了玉米籽粒發(fā)育過程中的蛋白表達特性，在玉米籽粒中共

5、鑒定到4751種蛋白，這些蛋白涉及多種生物過程與分子功能，其中生物過程主要涉及代謝過程和分子過程；分子功能主要行使催化活性和綁定功能，這些生物過程與分子功能對籽粒發(fā)育具有重要作用。
　　玉米籽粒發(fā)育過程中1235種蛋白顯著差異表達，其功能涉及多種分子及代謝途徑，蛋白代謝和基礎代謝相關蛋白表達差異最大。籽粒發(fā)育過程中不同蛋白功能組的表達存在時序性差異。玉米籽粒發(fā)育早期細胞生長與分裂相關蛋白顯著積累，而淀粉合成相關蛋白以及貯藏蛋白分別

6、在玉米籽粒發(fā)育中、后期顯著積累。中心碳代謝途徑（EMP、TCA、PPP以及EF）在玉米籽粒發(fā)育過程中動態(tài)變化，其中TCA以及PPP途徑主要在玉米籽粒發(fā)育早期表現(xiàn)活躍，而EMP和EF途徑主要在玉米籽粒發(fā)育中期表現(xiàn)活躍。
　　123種脅迫相關蛋白在玉米籽粒發(fā)育過程中顯著差異表達，主要參與籽粒蛋白修飾、ROS體內(nèi)平衡、貯藏物質(zhì)保護、病蟲害響應及其它脅迫響應過程。其中，蛋白修飾相關蛋白在籽粒不同發(fā)育階段均顯著積累，有助于穩(wěn)定籽粒的蛋白結(jié)構(gòu)

7、；ROS體內(nèi)平衡相關蛋白主要在籽粒發(fā)育前、后期顯著積累，有利于維持籽粒ROS體內(nèi)平衡；貯藏物質(zhì)保護以及病蟲害響應相關蛋白主要在籽粒發(fā)育后期顯著積累，進而保護貯藏物質(zhì)的正常合成以及增強籽粒對生物脅迫的抗性。
　　3.玉米強、弱勢籽粒間蛋白質(zhì)組表達特性存在差異
　　玉米籽粒發(fā)育前、中期利用iTRAQ蛋白質(zhì)組學技術在玉米強、弱勢籽粒間發(fā)現(xiàn)305種顯著差異表達蛋白。這些蛋白涉及多種分子和代謝途徑，其中表達差異較大的是與蛋白代謝和基礎

8、代謝相關的蛋白。
　　與強勢籽粒相比，弱勢籽粒中細胞增殖相關蛋白顯著滯后表達，而淀粉合成相關蛋白顯著下調(diào)表達，進而導致弱勢籽粒較小的庫容量以及較低的庫活性。同時，弱勢籽粒中低活性的糖酵解途徑，減少了其物質(zhì)合成所需的能量供應。此外，面對氧化應激等逆境時，弱勢籽粒相關的抗氧化酶系統(tǒng)以及脅迫響應蛋白表達紊亂，降低了其對逆境脅迫環(huán)境的抵抗力。
　　4.外源6-BA促進了玉米強、弱勢籽粒的發(fā)育
　　外源6-BA處理提高了灌漿前、