發(fā)布時(shí)間：2017-12-12 20:24

  本文關(guān)鍵詞：優(yōu)質(zhì)小麥陜253灌漿期籽粒發(fā)育的差異蛋白組學(xué)研究

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【摘要】：小麥?zhǔn)侨祟愔匾�的食物來�?世界上約35%-40%的人以它為主要糧食。隨著生活水平的提高,人們對(duì)小麥品質(zhì)的要求也越來越高。近年來蛋白質(zhì)組學(xué)迅速發(fā)展,為探索小麥灌漿期籽粒蛋白的動(dòng)態(tài)變化提供了可能。本試驗(yàn)利用52個(gè)淀粉特異性品種,對(duì)其10個(gè)品質(zhì)性狀的相關(guān)性及主成分進(jìn)行分析。選取其中品質(zhì)最好的陜253小麥,對(duì)其灌漿期的高分子谷蛋白及醇溶蛋白的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究。并使用掃描電子顯微鏡對(duì)該品種籽粒淀粉顆粒的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行觀察。利用iTRAQ技術(shù)對(duì)陜253花后15、20、25、30天的蛋白質(zhì)組學(xué)變化進(jìn)行研究,并從中挑選10個(gè)典型蛋白,進(jìn)行相應(yīng)的熒光定量分析。隨后選取其中的典型蛋白(LWM-GS,Q8W3V4),對(duì)其調(diào)控基因進(jìn)行克隆、原核表達(dá)等研究。主要結(jié)果如下:1.52份小麥的10個(gè)品質(zhì)指標(biāo)間存在豐富的變異類型,并多呈現(xiàn)顯著或極顯著關(guān)系。對(duì)供試材料的上述性狀進(jìn)行主成分分析,共篩選出4個(gè)主成分,其貢獻(xiàn)率分別是47.99%、18.32%、11.49%、8.06%。其中陜253的品質(zhì)最好,該品種的延伸度、最大抗延阻力、穩(wěn)定時(shí)間、拉伸面積均明顯高于其它品種。2.陜253高分子谷蛋白亞基類型為1、14+15、5+10,中國(guó)春高分子谷蛋白亞基組成為Null、7+8、2+12,兩品種的醇溶蛋白類型也不盡相同。陜253的高分子谷蛋白亞基1、14+15、5+10在花后15天均已出現(xiàn)。隨著小麥籽粒發(fā)育進(jìn)程的延續(xù),5個(gè)條帶越來越清晰,說明高分子谷蛋白隨小麥籽粒發(fā)育進(jìn)程的延續(xù)而不斷合成。醇溶蛋白方面,ω型醇溶蛋及γ型醇溶蛋白的主要條帶于花后15天出現(xiàn),但極為模糊,少數(shù)α型、β型醇溶蛋白條帶于花后15天出現(xiàn)�；ê�20天時(shí),蛋白條帶明顯增多,顏色顯著加深�；ê�25、30天,條帶顏色繼續(xù)變深,表明醇溶蛋白含量不斷增加。淀粉顆粒方面,A型淀粉顆粒于花后15到20天快速增大,而B型顆粒增長(zhǎng)緩慢。淀粉顆粒數(shù)量則隨著籽粒發(fā)育而不斷累積,直至谷物成熟。3.在1%錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率的篩選條件下,共鑒定出分屬于7069個(gè)蛋白的30360個(gè)獨(dú)立肽段。以2倍差異為基準(zhǔn),共篩選出859個(gè)差異表達(dá)蛋白,其中498個(gè)差異蛋白僅在1個(gè)時(shí)期檢測(cè)到,227個(gè)差異蛋白在2個(gè)時(shí)期同時(shí)檢出,134個(gè)差異蛋白在所有時(shí)期均可檢測(cè)到。層聚類分析將134個(gè)所有時(shí)期均檢測(cè)到的差異蛋白歸為6類,其中多數(shù)蛋白屬于IV-VI類,且在開花15天以后大量積累。4.第一、第二、第三時(shí)期鑒定的差異蛋白分別歸為27、33、33種GO類型。上述GO類型可劃分為細(xì)胞組成、分子功能以及生物進(jìn)程這三大類。其中細(xì)胞、細(xì)胞組分,催化活性、結(jié)合類型蛋白,代謝過程、細(xì)胞進(jìn)程分別為上述大類中涉及蛋白最多的GO類型。三個(gè)時(shí)期檢測(cè)到的COG類型分別是17、21、21種。其中G類型、O類型以及R類型所涉及的蛋白在三個(gè)檢測(cè)時(shí)期均最多。利用KEGG通路分析,共發(fā)現(xiàn)24條通路變化顯著,三個(gè)時(shí)期變化顯著的通路數(shù)量分別為14、8、2條。5.檢測(cè)到大量與能量代謝、淀粉合成、貯藏蛋白、防御脅迫相關(guān)的蛋白。能量代謝相關(guān)蛋白有3-磷酸甘油醛脫氫酶(W5ATV6)、ATP合成酶蛋白(W5AMD4、W5GYE4、S4Z0A5),上述蛋白在小麥花后15-30天逐漸下調(diào)。淀粉合成相關(guān)蛋白中,顆粒結(jié)合型淀粉合成酶(W5DNU0)和淀粉分支酶(O04074)顯著上調(diào),并在花后30天最高表達(dá)。貯藏蛋白方面,高分子量谷蛋白亞基(W5AIU1)、低分子量谷蛋白亞基(Q8W3V4)、醇溶蛋白(D2KFG9)和燕麥蛋白(W5DVL2)也在這一時(shí)期大量積累。同時(shí),還檢測(cè)到32個(gè)與脅迫、防御相關(guān)的蛋白。6.挑選蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)中的典型蛋白-低分子量谷蛋白亞基(Q8W3V4),對(duì)調(diào)控該蛋白的基因進(jìn)行克隆,得到克隆片段的開放閱讀框?yàn)?94 bp,可編碼298個(gè)氨基酸。序列比對(duì)顯示試驗(yàn)所得基因與調(diào)控低分子量谷蛋白亞基(Q8W3V4)基因的開放閱讀框之間僅存在2個(gè)堿基的差異,而推導(dǎo)蛋白序列則與Q8W3V4序列間也僅有2個(gè)氨基酸位點(diǎn)的差別,這進(jìn)一步證明了試驗(yàn)所得蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。該推導(dǎo)蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)中,無規(guī)則卷曲所占比值最高,為55.37%,α-螺旋所占比值稍低,為35.57%,含量最低的為延伸鏈,其比值是9.06%。系統(tǒng)演化分析表明該推導(dǎo)蛋白與提莫菲維小麥的低分子谷蛋白同屬一支,而與偃麥草屬、黑麥的低分子谷蛋白關(guān)系較遠(yuǎn)。SDS-PAGE檢測(cè)發(fā)現(xiàn),目的蛋白成功表達(dá)。經(jīng)純化后對(duì)目的蛋白進(jìn)行摻粉試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)目的蛋白對(duì)面粉品質(zhì)具有一定的正向作用。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S512.1

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