基于iTRAQ技术分析灌浆前期大穗型粳稻强势粒与弱势粒蛋白表达谱的差异

摘要

水稻大穗型品种弱势粒的灌浆通常不充分,限制了产量潜力的发挥,明确弱势粒灌浆差的生理与分子机制是当前亟待解决的重大理论问题.本研究选用了一个纯合的大穗型粳稻品系W1844,它是遗传特性稳定的育种中间材料,来源于南京农业大学水稻遗传与种质创新国家重点实验室.在开花期选取同一天开花且穗形大小一致的单茎挂牌标记,对完全抽出的标记穗分别疏去穗上部1/3(T1)和2/3的颖花(T2),以不进行疏花处理为对照(T0).每种处理均有3个小区作为重复,按照随机区组设计.自开花至成熟,每隔5d取标记穗,将2/5的籽粒样品置液氮冷冻后放入-80°C冰箱保存,用于蛋白的提取.其余样品105°C杀青0.5h后80°C烘干至恒质量,用于籽粒干质量的测定,用Richards生长方程对籽粒灌浆过程进行拟合计算灌浆速率.采用基于iTRAQ技术的蛋白质组学分析花后10d不同处理下强势粒(SS)与弱势粒(IS)的蛋白质表达谱特征.研究发现，弱势粒的胚乳细胞分裂能力差，且其蔗糖-淀粉代谢及氮代谢关键酶活性低是弱势粒库强低的主要原因。其次，弱势粒中光合作用和呼吸作用弱，不能及时供应细胞扩大的物质和能量，灌浆启动延迟，导致籽粒发育停滞。同时，弱势粒中丰度较高的14-3-3蛋白严重地抑制了淀粉的合成。疏去强势花，促进了同化物向弱势粒转移，诱导了弱势粒蔗糖合酶(SuSase)、淀粉合成关键酶(SBE, SSS和pullulanase)及氮代谢关键酶(GOT和GPT)活性的提高，促进淀粉与蛋白的合成，同时也促进了弱势粒的能量代谢(丰度较高的PFK)，使其灌浆启动提前。以上结果证明了碳水化合物的供应，是弱势粒灌浆的限制因素之一。