桂皮紫萁(Osmunda cinnamomea L.var.asiatica)孢子萌发过程蛋白质组学研究

摘要

桂皮紫萁(Osmunda cinnamomea L.var.asiatica)为紫萁科、紫萁属的草本蕨类植物,是著名的山野菜且具有药用价值,也是进行孢子萌发机理研究的良好模型。
　　 我们分析了桂皮紫萁孢子萌发过程5个时期(成熟孢子、水化孢子、双细胞核孢子、萌发孢子、具原丝体细胞孢子)的细胞学特征。结果表明,成熟孢子具三裂缝,细胞核居于细胞中间;黑暗12h后孢子完成水化作用,细胞核增大偏移,有一部分细胞核已复制但未分开;光照23h孢子分裂成一大一小两个细胞的双细胞孢子,大细胞细胞核周围有大量内含一到多个淀粉粒的质体,液泡数量明显较水化孢子多;小细胞在三裂缝开口启动极性生长;光照37h为萌发孢子期,孢子壁完全裂开,小细胞伸长并萌发出假根,大细胞里的液泡体积显著变大,质体变成梭形;光照57h后,假根长度等于或者稍长于孢子直径,大细胞再次分裂,形成原丝体原始细胞。
　　 同时,我们应用蛋白质组学技术鉴定了这5个时期孢子中101种差异表达蛋白质。它们分别参与光合作用(36％)、能量代谢(6％)、代谢(20％)、胁迫与防御(6％)、蛋白质合成(4％)、蛋白质折叠与降解(16％)、膜与转运(5％)、细胞结构(2％),以及未知功能(4％)。差异表达蛋白质被分为5个聚类类型,这5种模式类型蛋白质的表达丰度分别对应在成熟孢子、水化孢子、双细胞核孢子、萌发孢子、具原丝体细胞孢子5个时期达到最高值。在不同时期表达丰度变化的蛋白质中,参与光合作用、代谢,以及蛋白质折叠与降解的蛋白质表达丰度变化显著。这些结果为深入分析孢子萌发过程中细胞极性建立、不对称分裂、假根生长等关键事件的分子机制提供了蛋白质组学证据。