我國玉米核心種質(zhì)磷脅迫蛋白質(zhì)表達差異和基因組SSR分析.pdf

1、磷是植物生長發(fā)育所必須的大量元素之一，它在植物體內(nèi)是一系列重要化合物如核苷酸、核酸、核蛋白、磷脂、ATP酶等的重要組成部分。同時，磷在植物體內(nèi)以多種形式參與能量代謝，光合作用，信號傳導(dǎo)等幾乎所有的生命活動，對作物高產(chǎn)及保持品種的優(yōu)良特質(zhì)具有重要意義。植物體內(nèi)的磷主要通過根系吸收土壤中的可溶性磷酸鹽來滿足其營養(yǎng)需求。據(jù)全國土壤普查資料估計，我國有1/3-1/2的土壤缺磷。為解決土壤中有效磷不足的問題，生產(chǎn)上通過施肥來解決土壤缺磷問題。施入

2、土壤的大量磷肥在土壤中以無效狀態(tài)儲存起來，磷肥的當(dāng)季利用率一般只有10％-25％[1]。同時，大量施用磷肥，不僅耗竭有效的磷資源，而且?guī)憝h(huán)境污染，破壞生態(tài)平衡[2]。因此，利用作物固有的生物學(xué)特性，挖掘作物自身對土壤磷元素高效吸收利用的潛力，培育磷高效作物品種，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑[3]。
　　 玉米(Zea maysL.)是世界上種植面積最為廣泛的作物之一，僅次于小麥和水稻，。缺磷是限制玉米生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量的重要

3、因素。目前玉米品種的選育主要集中在產(chǎn)量和品質(zhì)性狀上，選育的品種磷利用效率一般不高。玉米苗期缺磷，即使后期供給充足的磷也難以彌補早期缺磷的不良影響。因此，深入研究玉米苗期磷脅迫機制，對于提高玉米品質(zhì)和產(chǎn)量，獲得磷高效基因型玉米提供了依據(jù)。近年來，國內(nèi)外關(guān)于玉米耐低磷研究非?；钴S，主要集中在玉米的形態(tài)，生理和根系特征的變化[4-9]。
　　 蛋白質(zhì)作為細胞功能的執(zhí)行者，直接反映植物的生命活動，據(jù)作者所知，現(xiàn)在較少有涉及玉米葉片的蛋白

4、質(zhì)水平的研究。為進一步揭示玉米耐低磷機理以及其耐低磷性的遺傳基礎(chǔ)，本實驗以以河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育雜交種鄭單958及其親本自交系鄭58及昌7-2為材料，在磷脅迫條件下，分析培養(yǎng)基條件下生長玉米苗期時片的蛋白質(zhì)表達差異，為進一步深入研究磷脅迫響應(yīng)基因，培育磷高效作物提供重要的資料。
　　 雜種優(yōu)勢是生物界普遍存在的一種現(xiàn)象，指雜合體在一種或者多種性狀上優(yōu)于兩個親本的現(xiàn)象。利用雜種優(yōu)勢原理進行作物新品種的培育是現(xiàn)在育種的主要方法。近年

5、來，人們對雜種優(yōu)勢的DNA和RNA水平研究取得了巨大的成就，但在蛋白質(zhì)水品的研究很少。為了進一步研究鄭單958在雜種優(yōu)勢上的表現(xiàn)，本實驗利用雙向電泳技術(shù)對鄭單958及其親本在缺磷條件下進行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，同時在DNA水平上對鄭58、鄭單958及其親本進行SSR多態(tài)性分析，從而對鄭單958的雜種優(yōu)勢進行分析。
　　 在實驗室原有技術(shù)基礎(chǔ)上以國審玉米品種鄭單958及其親本昌7-2和鄭58的成熟胚分別于缺磷MS培養(yǎng)基和完全培養(yǎng)基生長一

6、月期的幼苗為材料，對其蛋白質(zhì)進行2D聚丙烯酰胺凝膠電泳分離，同時對掖478、鄭單958及其親本昌7-2和鄭58進行SSR多態(tài)性標(biāo)記篩選，從麗對鄭58和掖478玉米自交系基因組差異性進行分析，為進一步分析鄭單958的雜種優(yōu)勢提供理論基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、本實驗鄭單958及其親本自交系鄭58及昌7-2的成熟胚為材料，并同于幼胚，各自分別在MS缺磷培養(yǎng)基及MS完全培養(yǎng)基上生長一月期，結(jié)果表明，成熟胚在MS缺磷及MS完全培

7、養(yǎng)基上成活率較低，分別約為10％和20％，成活幼苗莖桿較為粗壯，植株較高；幼胚在MS缺磷及MS完全培養(yǎng)基上成活率較高，分別約為70％和90％，成活幼苗莖桿瘦弱，植株較矮小。
　　 2、研究優(yōu)化了玉米組培綠苗蛋白提取過程中技術(shù)環(huán)節(jié)，克服了葉綠素、酚和醌類物質(zhì)對提取蛋白質(zhì)量的影響，為建立穩(wěn)定的重復(fù)性好的綠色葉片蛋白質(zhì)提取技術(shù)體系和蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)體系，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
　　 3、經(jīng)過對完全培養(yǎng)基生長幼苗和缺磷培養(yǎng)基生長的幼

8、苗蛋白質(zhì)雙向電泳凝膠圖片的分析，對18個差異性較大的蛋白質(zhì)點進行3D圖分析，以位點體積值計算，完全培養(yǎng)基生長幼苗和缺磷培養(yǎng)基生長幼苗蛋白質(zhì)差異位點體積值差異明顯，揭示出有磷和無磷幼苗蛋白質(zhì)的關(guān)鍵差異位點。
　　 4、應(yīng)用ImageMaster2D Platinum(Version6.0)軟件對完全培養(yǎng)基生長幼苗和缺磷培養(yǎng)基生長幼苗蛋白質(zhì)圖譜進行分析，以前者為對照，其中鄭單958對照及其缺磷處理幼苗蛋白質(zhì)分別有617和580個蛋白

9、質(zhì)點，匹配點220個，其中93個蛋白點表達量上調(diào)，127個蛋白點表達量下調(diào)；鄭58對照及其缺磷處理幼苗蛋白質(zhì)分別有555和431個蛋白質(zhì)點，匹配點224個，其中78個蛋白點表達量上調(diào)，146個蛋白點表達量下調(diào)；昌7-2對照及其缺磷處理幼苗蛋白質(zhì)分別有218和213個蛋白質(zhì)點，匹配點107個，其中38個蛋白點表達量上調(diào)，69個蛋白點表達量下調(diào)；同時在鄭單958及其親本之間存在一些明顯差異位點，對研究植物缺磷條件下雜種優(yōu)勢提供了重要的蛋白質(zhì)

10、組學(xué)信息。
　　 5、選擇玉米成熟胚幼菌葉片提取蛋白質(zhì)，通過pH3-10 IPG膠條進行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，并利用質(zhì)譜技術(shù)分別鑒定鄭單958、昌7-2及鄭58在缺磷及正常條件下生長所表達的差異蛋白質(zhì)。在鄭單958、昌7-2及鄭58幼苗處理前后差異表達蛋白質(zhì)中共鑒定出12個、五種類型蛋白質(zhì)，其中涉及蛋白質(zhì)參與的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、翻譯、植物修復(fù)、能量合成、光合作用。其中ATP合成酶β亞基在鄭58中發(fā)生表達下調(diào)，ATP合成酶δ亞基在昌7-2中發(fā)生

11、表達下調(diào)現(xiàn)象，但在鄭單958中并沒有出現(xiàn)ATP合成酶的明顯差異性表達，這可能暗示了鄭單958在磷脅迫的環(huán)境適應(yīng)方面的雜種優(yōu)勢。
　　 6、通過200對SSR引物對掖478、鄭單958及其親本鄭58和昌7-2進行多態(tài)性篩選和雜交優(yōu)勢分析，發(fā)現(xiàn)在200對引物中有60對引物在鄭單958及其親本之間表現(xiàn)多態(tài)性，47對引物在鄭58和掖478之間表現(xiàn)多態(tài)性，SSR多態(tài)性標(biāo)記在不同染色體上呈現(xiàn)不均勻性分布，且在同染色體上呈現(xiàn)不均勻性分布，并且