花器官分化期玉米干旱胁迫的蛋白质组学研究和170个地方种的遗传多样性分析

【摘要】：玉米(Zea mays L.)是重要的粮、经、饲兼用作物,在国民经济发展中具有举足轻重的地位。干旱是严重影响玉米产量提高的一个主要限制因素,花器官分化期,即从减数分裂到四分体花粉母细胞的时期,对干旱胁迫最为敏感,该阶段的干旱胁迫将造成大幅度的减产。并且,我国玉米种质的遗传基础比较狭窄,但是我国具有丰富的玉米地方品种,这些地方种的环境适应性强、遗传基础丰富、含有优异的农艺性状。因此,为了寻找有用的耐旱相关基因、拓宽玉米遗传种质基础和保存种质资源,我们对花器官分化期不同耐旱性玉米的生理和蛋白质组变化,以及170个地方种的遗传多样性进行系统研究。主要结果如下： (1)随着干旱程度加剧,旱21和吉81162的Fv/Fm和叶绿素含量都显著降低。 (2)对于不同干旱胁迫下的雄穗,APX活性先降低后增加；GR活性随着干旱胁迫时间的延长均显著性增加,旱21的活性高于吉81162；CAT活性随着干旱胁迫时间的延长均先增加后降低,旱21的增加幅度大于吉81162。旱21的SOD和DHAR的含量均降低不显著,而吉81162的却显著性降低。这些结果表明：APX、GR和CAT是雄穗干旱胁迫条件下活性氧清除的关键酶。 (3)对于不同干旱胁迫下的叶片,干旱胁迫下的SOD和APX的含量都高于对照,然而,旱21的增加幅度大于吉81162；DHAR活性变化不大；GR是显著性降低的；CAT先降低后增加。通过这些结果,我们发现SOD、APX和CAT则是叶片干旱胁迫条件下活性氧清除的关键酶。 (4)经双向凝胶电泳和质谱分析,旱21和吉81162雄穗中表达丰度达2倍差异的蛋白点分别为114和100个,分别鉴定出13种和9种相应干旱胁迫的蛋白质。其中,抗坏血酸过氧化物酶和肌动蛋白在旱21和吉81162中都差异表达；类果胶酯酶抑制蛋白、类豆球蛋白、前纤维蛋白、磷酸丙糖异构酶、NAD的表异构酶／脱水酶、GTP结合蛋白、14-3-3蛋白和真核翻译起始因子eIF-5A等仅在旱21中差异表达；铁氧还原蛋白、翻译起始因子eIF-4A、拟定蛋白、肌动蛋白解聚因子ADF和ADF-3等仅在吉81162中差异表达。 (5)我国西南地区具有丰富的遗传多样性,各省间有较强的基因流,能抵制遗传漂变的作用。基于遗传距离的聚类分析和基于数学模型的STRUCTURE混合分析表明,170个地方种归属于3个亚群。群Ⅰ主要含贵州和广西的地方种,群Ⅱ为混合群,群Ⅲ含有广西和云南的地方种。