采后木薯块根贮存能力及蛋白质组学分析

【摘要】：木薯(Manihot esculenta Crantz)是世界第六大农作物,仅次于小麦,水稻,玉米,马铃薯和大麦,为全球超过8亿人的基本主食,然而,由于木薯采后72小时快速腐烂严重限制了木薯加工利用的发展。因此,探索影响采后腐烂的因素及分子机理显得十分必要。 本研究以我国自主选育的华南系列四个主栽品种块根作为实验材料,探索采后贮藏过程中重要品质指标的变化关系；通过比较四个品种在不同生育期、采后不同贮藏天数的失重率、干物质含量、淀粉含量和β-胡萝卜素含量,得出不同品种在贮藏过程中品质存在明显差异,干物质含量与淀粉含量在前7天都表现出显著或极显著的相关性,研究发现四个品种中华南5号常温耐贮存时间最长。运用双向电泳获得华南5号块根皮层和薯肉在贮藏15天后蛋白质的差异表达图谱,结果表明采后木薯块根常温贮存15天后,与对照相比在块根皮层检测到差异表达蛋白质的数量为78个,其中表达下调的蛋白质为69个,上调表达的为9个；在薯肉检测到差异表达蛋白质的数量为60个,其中表达上调的蛋白质43个,下调表达的为17个。通过质谱方法(MALDI-TOF-TOF-MS/MS,基质辅助激光电离解析串联飞行时间质谱法)鉴定差异表达蛋白质52个。其中薯肉43个,根据功能分为11个组,包括碳水化合物和皮层能量代谢、氨基酸代谢、细胞结构、信号转导、抗氧化作用、蛋白质生物合成及未知功能蛋白等方面。皮层24个,功能涉及9个方面,其中15个蛋白质与薯肉蛋白质相同,但大部分表达下降。 为进一步了解采后木薯块根贮存过程中差异表达蛋白质群体的调控功能,本研究采用Ariadne公司开发的Pathway Studio(9.0版本)软件构建差异表达蛋白质群体的生物互作调控网络来阐明SC5木薯块根在常温条件下的贮存机制。结果显示影响木薯块根贮存的蛋白质调控是一个复杂的过程,是由众多的蛋白质群协同作用的结果。在整个调控网络中,NADH-氧化酶是活性氧ROS的来源,ROS作为块根伤害的信号分子是整个调控网络的关键因素之一,由于薯肉NADH-氧化酶表达上调,产生大量的ROS,进而诱导钙调蛋白表达上调,通过钙调蛋白作为枢纽,启动一系列复杂的生物防御反应,提高膜联蛋白和脱水蛋白等植物抗逆蛋白群的表达水平,从而延长块根在常温的贮存能力。本研究为今后从分子水平进一步探索木薯采后腐烂机理、利用蛋白质组学提高木薯耐贮能力的育种研究提供参考。