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白菜型油菜胚胎发育过程中转录组和蛋白质组的研究

李文兰  
【摘要】:高等植物的胚胎发育是孢子体世代生活史的起点,是植物生长发育的重要环节。双子叶植物在卵细胞受精之后经过球形胚、心形胚、鱼雷形胚等阶段生长分化形成成熟的胚胎。高等植物的胚胎发育由一系列的极其复杂的生理生化过程组成的,包括受精作用、合子的不均等分裂、器官的形态建立以及储藏物质的积累等。在分子水平上,高等植物的胚胎发育过程涉及一系列的生物大分子(DNA、RNA、蛋白质等)协调而有序的变化,特别是一些基因和蛋白质的时间上的差异的表达。尽管越来越多的植物基因组测序已经完成,并且对模式植物胚胎发育过程的转录组和蛋白质组也进行广泛研究,然而对白菜型油菜的胚胎发育过程转录组和蛋白质组的研究却相对滞后。油菜是我国重要的油料作物和蔬菜作物,而白菜型油菜的胚胎是油脂和蛋白质的重要形成和储藏器官,所以对白菜型油菜胚胎发育过程的转录组和蛋白质组进行研究,对以后的改良油菜的品质有着重要的意义。本研究主要分为两部分:一是应用cDNA-AFLP技术和分子克隆手段筛选白菜型油菜胚胎发育过程中差异表达的转录本,二是应用蛋白质双向电泳技术和质谱技术筛选和鉴定差异表达的蛋白质。结果如下: 1.应用cDNA-AFLP (Amplified fragment length polymorphism)技术,筛选了白菜型油菜胚胎发育过程中的差异表达基因。我们把白菜型油菜的胚胎发育过程分成6个时期,在白菜型油菜胚胎发育过程的基因表达分析中,总共获得了4267条TDF (Transcript-derived fragment)。我们选择了217条差异表达的TDF进行测序分析,在NCBI(美国国立生物技术信息中心)中对这些TDF进行同源性分析,结果发现205条TDF中的大多数与拟南芥和油菜同源,有12条TDF在NCBI没有找到合适的同源序列。在这205条TDF中,182条TDF与高等植物中已知的或推断的基因同源,23条是同源于高等植物的未知基因。基于TDF的同源基因,我们利用MIPS对这些TDF进行了功能分类。为了验证cDNA-AFLP技术的可靠性,我们从中选择了一些的TDF去用半定量RT-PCR证实,这些TDF的相对转录本丰度也被显示。以前发现的一些胚胎时期特异性的TDF也是表达在白菜型油菜的胚胎发育时期中,许多TDF的在胚胎发育过程的表达类似于与其同源的拟南芥基因在胚胎发育过程中的表达,这些白菜型油菜基因在胚胎发育过程中的潜在作用也被讨论。 2.为了研究油料作物白菜型油菜胚胎发育过程蛋白质水平的动态变化,我们应用蛋白质双向电泳技术分析了球形胚、心形胚、鱼雷形胚、手杖形胚以及马蹄形成熟胚胎,并且使用MALDI-TOF/TOF质谱技术鉴定了214个胚胎发育过程中差异表达的蛋白质点。基于蛋白质的功能分类,这些蛋白质被分成16个功能类别,包括初级代谢、能量路径、转录、蛋白质合成、蛋白质的加工/定位、转运、细胞结构、信号转导、防御、次级代谢、转座子、DNA修复、储藏、氧化/解毒、未分类和未知蛋白。在这些类别中具有蛋白质加工/定位的功能的蛋白质占了最大的部分,表明白菜型油菜胚胎发育过程中进行了大量的蛋白质的更新。我们的结果显示了一些蛋白质的动态变化的特点,并且对植物胚胎发育复杂过程提出了一些新的见解。


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