基于ITRAQ技术的大豆根响应低磷胁迫的蛋白质组学研究

摘要

磷素是植物所必需的大量元素之一，其对植物的生长和发育起着重要的作用。同时，植物的磷效率性状是多基因调控的复杂代谢过程，且研究主要集中在转录水平上的磷效率的代谢调控过程，不能准确而直观地反映蛋白质水平的变化，因此，为了明确大豆品种低磷耐受性蛋白组学的差异机制，本研究以耐低磷品种华春2号和不耐低磷品种瓦窑黄豆两个大豆品种为实验材料，进行低磷胁迫下的适应性试验，并利用同位素标记的相对和绝对定量标记技术、生物信息学技术等系统的分析了低磷胁迫下华春2号和瓦窑黄豆两个大豆品种的根尖蛋白，找出差异表达蛋白，并通过 qRT-PCR技术对相关蛋白进行转录水平的验证。本研究得到如下结论：
　　1.在低磷情况下，耐低磷品种华春2号总根体积、总根长、总根表面积、根尖数和分支数等5个根部形态指标增大，而不耐低磷品种瓦窑黄豆这5个指标没有明显变化。在不同浓度磷处理下，华春2号的总根体积、总根长、总根表面积、根尖数和分支数都显著高于瓦窑黄豆，而根系直径受磷浓度影响较小，两品种间差异不显著。
　　2.在低磷胁迫下，华春2号根部生物量随低磷胁迫的加重而增大，而瓦窑黄豆的根部生物量则是随着低磷胁迫的加重而减小，且华春2号地上部分的生物量明显高于瓦窑黄豆。
　　3.对低磷胁迫和正常条件下的华春2号和瓦窑黄豆根系进行蛋白质组学分析，结果表明不同基因型的大豆响应低磷胁迫的蛋白表达有较大差异。在低磷胁迫下,相比于瓦窑黄豆，华春2号根中共有495个上调蛋白和501个下调蛋白。KEGG通路分析共鉴定863个差异蛋白，并把鉴定的863个蛋白注释到102条途径上，涉及的途径包括代谢和次生代谢产物合成过程、核糖体途径、碳代谢和内质网蛋白质加工途径、淀粉和蔗糖代谢与糖酵解和糖异生途径、丙酮酸代谢和苯丙氨酸合成途径等，其中代谢和次级代谢所占的比例最大，这说明华春2号的低磷耐性机制很可能与代谢和次级代谢有关。
　　4.采用Real-time PCR验证iTRAQ分析中得到的差异蛋白的有效性。我们选择糖酵解/糖异生途径中的12个蛋白。有10个基因的表达情况与蛋白鉴定情况相符，其中一个编码糖酵解/糖异生途径中关键酶—丙酮酸脱羧酶，其在华春2号根中的表达都比在瓦窑黄豆中的表达水平高，这表明这个基因可能通过调节其参与的相关代谢途径来提高大豆低磷胁迫的耐性。

目录

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缩略词及其英汉对照

目录

1 文献综述

1.1 低磷胁迫适应性的研究

1.2 低磷胁迫分子机理的研究

1.3 蛋白质组学研究进展

1.4 丙酮酸脱羧酶研究进展

1.5 本研究的目的及意义

1.6 本研究的技术路线

2 材料与方法

2.1 低磷胁迫下两个大豆品种的适应性研究

2.2 大豆根尖蛋白iTRAQ测定实验方法

2.3 实时荧光定量PCR

3 结果

3.1 低磷胁迫下两个大豆品种的适应性研究

3.2 蛋白组分析

3.3 实时荧光定量PCR

4 讨论与结论

4.1 讨论

4.2 结论

致谢

参考文献

附录

附表A 26个表达差异基因在qRT-PCR检验中的相对表达量

附表B 1128个上调蛋白GO分类分析表

附表C 1146个下调蛋白GO分类分析表