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基于iTRAQ比较镉积累不同的大豆品种间籽粒蛋白质组的差异

邓小娟  
【摘要】:大豆(Glycine max)为人类提供大量的植物性蛋白和食用油。我国南方耕地受镉等重金属污染日趋严重,不但影响大豆的生长和产量,而且积累在大豆籽粒中改变籽粒营养组成,严重危害人类健康。在了解大豆耐镉和镉积累遗传机制的基础上,通过育种手段培育抗污染、籽粒低积累镉的优良大豆品种是一种最有效的解决办法。本研究以中黄24(高积累镉的品种)和华夏3号(低积累镉的品种)为材料,采用iTRAQ(isobaric tags for relative and absolute quantitation,同位素相对与绝对定量技术)的方法比较了在镉胁迫条件下品种间籽粒发育过程中差异和响应的蛋白,为揭示大豆镉籽粒积累和镉胁迫大豆籽粒发育分子机制奠定基础。主要研究结果如下:1)镉籽粒高积累和低积累品种间的差异蛋白。镉胁迫条件下两品种间差异蛋白共有371个,其中中黄24籽粒中相对于华夏3号表达量高的蛋白212个,相对于华夏3号表达量低的蛋白159个。高积累镉的品种中黄24籽粒中共有302个蛋白对镉响应,其中147个表达量上调蛋白和155个表达量下调蛋白。低积累镉的品种华夏3号籽粒中共有234个蛋白对镉响应,其中131个表达量上调蛋白和103个表达量下调蛋白。2)镉胁迫下镉籽粒高积累和低积累间差异蛋白的功能`。在镉胁迫和对照条件下两品种籽粒间均有差异(一共103个差异蛋白),且在两品种中均对镉响应的蛋白有11个,主要涉及多细胞有机体发育生物过程、光合作用和胁迫响应;且只在华夏3号籽粒中对镉响应的蛋白有8个,主要与翻译有关;且只在中黄24籽粒中镉响应的有17个蛋白,主要涉及信号传导、胁迫响应、翻译、碳代谢和生长过程;且两品种中均对镉不响应的蛋白有67个,与翻译、油脂代谢过程、信号传导有关。仅在镉胁迫条件下两品种间有差异(一共有268个蛋白),且在两品种中均对镉响应的蛋白有8个,主要与蛋白质结合、DNA结合和催化活性分子功能有关;且只在华夏3号籽粒中对镉响应的蛋白有39个,主要涉及翻译、碳水化合物代谢、细胞周期等;且只在中黄24籽粒中对镉响应的蛋白有46个,主要与翻译、蛋白质结合和脂质代谢有关;且两品种中均对镉不响应的蛋白有175个,主要与基因表达、油脂代谢过程、氧化还原、翻译、转运、小分子代谢过程、金属离子结合、镁离子结合等有关。在镉胁迫条件下两品种间差异蛋白主要富集在在碳水化合物代谢过程、翻译、化学刺激的响应、金属离子的响应、镉离子的响应、镁离子结合等生物功能中。过氧化物酶体代谢通路可能是一个与镉抗性和积累、籽粒发育有关的关键的代谢通路。3)qPCR验证。qPCR验证发现,11个基因中3个基因表达模式与蛋白组数据一致,而8个基因表达模式与蛋白组数据不一致。定量结果两样品间转录组m RNA的相对表达量结果与蛋白质组相对表达量结果的相关系数为-0.65,这表明基因转录水平与蛋白质水平间并不总是正相关性。


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