玉米粒位效應(yīng)的差異蛋白質(zhì)組學(xué)機(jī)制及其對(duì)6-BA調(diào)控的響應(yīng).pdf

1、在大田生產(chǎn)中，增加種植密度是當(dāng)前玉米品種獲得高產(chǎn)的重要舉措。但玉米籽粒發(fā)育存在顯著粒位效應(yīng)，即與雌穗中、下部強(qiáng)勢(shì)籽粒相比，上部弱勢(shì)籽粒灌漿啟動(dòng)慢，灌漿充實(shí)不充分，最終粒重低。過(guò)高的種植密度會(huì)加劇這種粒位差異，甚至導(dǎo)致弱勢(shì)籽粒敗育，嚴(yán)重限制玉米高產(chǎn)潛力的發(fā)揮。因此，密植條件下探究玉米粒位效應(yīng)的成因，并采取有效栽培措施促進(jìn)籽粒灌漿不僅是理論研究的必要，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中也具有重要的指導(dǎo)意義。本研究于2015-2016年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黃淮海區(qū)域

2、玉米技術(shù)創(chuàng)新中心和作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，選用高產(chǎn)夏玉米品種鄭單958和登海661為試驗(yàn)材料，種植密度90000株 hm-2，采用田間試驗(yàn)小區(qū)的方法從生理學(xué)層面研究玉米強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒發(fā)育差異的原因以及噴施6-BA對(duì)玉米強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控效應(yīng)，同時(shí)重點(diǎn)利用iTRAQ為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)探討玉米強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒發(fā)育過(guò)程中差異蛋白質(zhì)組的表達(dá)特性，著重在蛋白水平上揭示玉米粒位效應(yīng)的成因，以期為改善籽粒灌漿，實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效栽培提供理論

3、依據(jù)和技術(shù)支持。主要研究結(jié)果如下：
　　1.玉米弱勢(shì)籽粒的庫(kù)容與庫(kù)活性顯著低于強(qiáng)勢(shì)籽粒
　　籽粒庫(kù)容建成期，弱勢(shì)籽粒最大胚乳細(xì)胞增殖速率及平均增殖速率、最大胚乳細(xì)胞數(shù)目均顯著低于強(qiáng)勢(shì)籽粒，導(dǎo)致弱勢(shì)籽粒庫(kù)容量較低。
　　籽粒灌漿期，強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒間同化物供應(yīng)無(wú)顯著差異，但弱勢(shì)籽粒的淀粉和蛋白積累量均顯著低于強(qiáng)勢(shì)籽粒，造成弱勢(shì)籽粒灌漿速率慢、最終粒重低。弱勢(shì)籽粒較低的淀粉積累量與其灌漿期較低的蔗糖-淀粉代謝相關(guān)酶 SuSy、

4、AGPase、SSS、GBSS以及SBE活性有關(guān)。
　　玉米籽粒內(nèi)源激素含量與籽粒灌漿速率呈顯著或者極顯著正相關(guān)。但玉米強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒間內(nèi)源激素含量存在顯著差異，灌漿前、中期弱勢(shì)籽粒ZR、IAA、GA3以及ABA含量均明顯低于強(qiáng)勢(shì)籽粒，這也是造成弱勢(shì)籽粒灌漿較差的重要原因。
　　2.玉米籽粒不同發(fā)育階段展現(xiàn)相異的蛋白表達(dá)特性
　　本研究首次利用iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分析了玉米籽粒發(fā)育過(guò)程中的蛋白表達(dá)特性，在玉米籽粒中共

5、鑒定到4751種蛋白，這些蛋白涉及多種生物過(guò)程與分子功能，其中生物過(guò)程主要涉及代謝過(guò)程和分子過(guò)程；分子功能主要行使催化活性和綁定功能，這些生物過(guò)程與分子功能對(duì)籽粒發(fā)育具有重要作用。
　　玉米籽粒發(fā)育過(guò)程中1235種蛋白顯著差異表達(dá)，其功能涉及多種分子及代謝途徑，蛋白代謝和基礎(chǔ)代謝相關(guān)蛋白表達(dá)差異最大。籽粒發(fā)育過(guò)程中不同蛋白功能組的表達(dá)存在時(shí)序性差異。玉米籽粒發(fā)育早期細(xì)胞生長(zhǎng)與分裂相關(guān)蛋白顯著積累，而淀粉合成相關(guān)蛋白以及貯藏蛋白分別

6、在玉米籽粒發(fā)育中、后期顯著積累。中心碳代謝途徑（EMP、TCA、PPP以及EF）在玉米籽粒發(fā)育過(guò)程中動(dòng)態(tài)變化，其中TCA以及PPP途徑主要在玉米籽粒發(fā)育早期表現(xiàn)活躍，而EMP和EF途徑主要在玉米籽粒發(fā)育中期表現(xiàn)活躍。
　　123種脅迫相關(guān)蛋白在玉米籽粒發(fā)育過(guò)程中顯著差異表達(dá)，主要參與籽粒蛋白修飾、ROS體內(nèi)平衡、貯藏物質(zhì)保護(hù)、病蟲(chóng)害響應(yīng)及其它脅迫響應(yīng)過(guò)程。其中，蛋白修飾相關(guān)蛋白在籽粒不同發(fā)育階段均顯著積累，有助于穩(wěn)定籽粒的蛋白結(jié)構(gòu)

7、；ROS體內(nèi)平衡相關(guān)蛋白主要在籽粒發(fā)育前、后期顯著積累，有利于維持籽粒ROS體內(nèi)平衡；貯藏物質(zhì)保護(hù)以及病蟲(chóng)害響應(yīng)相關(guān)蛋白主要在籽粒發(fā)育后期顯著積累，進(jìn)而保護(hù)貯藏物質(zhì)的正常合成以及增強(qiáng)籽粒對(duì)生物脅迫的抗性。
　　3.玉米強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒間蛋白質(zhì)組表達(dá)特性存在差異
　　玉米籽粒發(fā)育前、中期利用iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在玉米強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒間發(fā)現(xiàn)305種顯著差異表達(dá)蛋白。這些蛋白涉及多種分子和代謝途徑，其中表達(dá)差異較大的是與蛋白代謝和基礎(chǔ)

8、代謝相關(guān)的蛋白。
　　與強(qiáng)勢(shì)籽粒相比，弱勢(shì)籽粒中細(xì)胞增殖相關(guān)蛋白顯著滯后表達(dá)，而淀粉合成相關(guān)蛋白顯著下調(diào)表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致弱勢(shì)籽粒較小的庫(kù)容量以及較低的庫(kù)活性。同時(shí)，弱勢(shì)籽粒中低活性的糖酵解途徑，減少了其物質(zhì)合成所需的能量供應(yīng)。此外，面對(duì)氧化應(yīng)激等逆境時(shí)，弱勢(shì)籽粒相關(guān)的抗氧化酶系統(tǒng)以及脅迫響應(yīng)蛋白表達(dá)紊亂，降低了其對(duì)逆境脅迫環(huán)境的抵抗力。
　　4.外源6-BA促進(jìn)了玉米強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒的發(fā)育
　　外源6-BA處理提高了灌漿前、