渍涝胁迫下不同耐性花生品种根系蛋白质组学分析

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花生是我国南方主要油料与经济作物,春夏季频发的渍涝灾害严重影响花生生产,开展耐涝机理研究对花生生产可持续发展具有重要意义。本研究以典型渍涝敏感品种中花4号及耐涝品种湘花2008、泉花8号、豫花15号为研究对象,聚焦受渍涝影响最直接、最严重的部位即根系,在四叶一心期进行根部渍涝处理(淹水3,6,9,12,15天)和正常灌溉,测定主根和侧根与耐涝高度相关的厌氧呼吸酶乙醇脱氢酶(Alcohol dehydrogenase,ADH)活性,利用最先进的定量蛋白组学技术DIA(Data independent acquisition)开展蛋白组差异分析,以探究花生耐涝的分子机理,为耐渍涝生态育种、灾害农艺管理提供扎实的科学基础。主要研究结果如下:1、渍涝胁迫下,敏感品种中花4号主根ADH活性第9天到第15天上升,渍涝第12天主根ADH活性显著高于对照,侧根与主根趋势有所不同;耐涝品种湘花2008、泉花8号、豫花15主根和侧根ADH活性都在渍涝第12天达到峰值,此后均下降。因此,选取渍涝处理第12天的根系作为后期的蛋白质组学研究样品。2、利用DIA技术,通过4个品种淹水与正常灌溉比较,共鉴定出3097个差异表达蛋白。其中,主根鉴定出1993个差异表达蛋白,457个上调,1536个下调;侧根鉴定出1104个差异表达蛋白,389个上调,715个下调。不同品种之间蛋白表达存在较大差异,豫花15最多,中花4号最少,预示着耐性品种对付渍涝有更多的机制或策略。3、GO功能富集分析表明,4个花生品种主根和侧根渍涝差异表达蛋白主要富集在新陈代谢和细胞进程等生物过程,并定位于细胞膜、细胞膜组分、细胞、细胞组分等组件上,发挥催化活性和转运活性等分子功能。4、KEGG、KOG、亚细胞结构定位分析表明,主根和侧根差异表达蛋白主要富集在碳水化合物、氨基酸、脂质的新陈代谢,次生代谢物的合成、转运和分解,以及能源生产和转换等途径,同时还富集在细胞信号转导等过程,差异表达蛋白亚细胞结构分类主要定位于叶绿体、细胞质和质膜。说明花生的耐涝性涉及到广泛的分子机制和代谢过程。渍涝胁迫下,花生根系可能通过增强能量代谢、调控细胞结构成分、调控应激蛋白表达量来提高自身耐涝性。5、差异表达蛋白韦恩图分析表明,湘花2008与耐涝性相关的特异性表达蛋白主根中出现156个,上调表达蛋白乙醇脱氢酶、磷酸甘油酸激酶(Phosphoglycerate kinase)、茎特异性蛋白(Stem-specific protein)和下调表达蛋白IAA氨基化合成酶(Indoleacetic acid amino synthetase)、IAA氨基酸水解酶(Indoleacetic acid amino acid hydrolase)都与湘花2008主根抗逆性息息相关。侧根中出现8个特异性表达蛋白,在上调表达蛋白中,色氨酸-t RNA连接酶(Tryptophan-t RNA ligase)、海藻-磷酸合成酶(Trehalose-phosphate synthase)对植物在逆境中存活与生长具有重要作用,都与湘花2008侧根耐渍涝性紧密相关。特异性差异表达蛋白数量主根远多于侧根,预示主根与耐渍性关系比侧根更密切。
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