热和1-MCP处理调控采后桃果实蛋白表达的研究

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桃是中国产量第四大的水果,不耐贮藏是我国南方水蜜桃产区的主要问题,采后常温下2-3天就开始迅速衰老变质,导致产品在市场上的流通和供应期受到限制,影响了市场的供应和果农的经济利益,因此桃果实的成熟衰老机理及其保鲜技术受到密切的重视。本研究通过采后热处理和1-MCP单独或结合处理桃果实差异蛋白质组学研究,对差异蛋白进行功能鉴定、分析和归类,有助于了解和掌握采后1-MCP和热处理单独或结合处理对桃果实成熟衰老调控的分子机理,为深入阐释桃果实成熟衰老的分子机理提供参考,也为生产实践中开发桃果实的保鲜技术提供理论指导。本研究的主要研究结果如下:1.试验以“晖雨露”水蜜桃为材料,提取常温贮藏期间热处理(48℃,10min)和对照果实的蛋白后进行双向电泳,对获得的蛋白图谱进行了比较,并采用串联质谱和数据库匹配进行功能分析。结果显示,热处理和对照桃果实共鉴定出30个2-fold以上的差异蛋白点,这些蛋白参与了不同的代谢过程。经过鉴定的蛋白质按照其功能可以分为6类,包括抗胁迫(43.29%)、细胞结构(16.78%)、蛋白命运(13.09%)、能量和代谢(6.71%)、成熟衰老(3.36%)和未分类蛋白(16.78%);未分类蛋白包括成功匹配但暂时还没有确定其功能的蛋白。这些蛋白中,所占比例最大的是与抗胁迫相关的蛋白,其次是细胞结构的蛋白。蛋白功能的分析结果表明,热处理激活抗坏血酸-谷胱甘肽循环,诱导一些抗胁迫蛋白的表达,增加细胞结构的强度,促进体内变性蛋白的降解,增强自身防御能力;抑制糖酵解和减少细胞内的代谢,抑制与成熟相关蛋白的表达;表明热处理对成熟的调节主要通过提高胁迫反应和防御的能力及抑制代谢而发挥作用的。2.以1-MCP(10uL.L-112h)和乙烯利(2000μL·L-1乙烯利浸泡10min)处理桃果实,经蛋白质组学技术分析发现,共有35个点在经过1-MCP和乙烯利处理后具有1.5-fold以上的差异表达,其中:26个蛋白被1-MCP调控,包括9个上调蛋白和17个下调蛋白;27个蛋白被乙烯利调控,包括12个上调蛋白和15个下调蛋白;8个蛋白被1-MCP下调但被乙烯利上调,5个蛋白被1-MCP上调但被乙烯利下调;另外,还有3个蛋白同时被1-MCP和乙烯利下调。差异蛋白的功能包括:能量和代谢(34.29%,包括17.14%能量代谢,5.71%碳水化合物代谢,5.71%核苷酸代谢和5.71%氨基酸代谢)、细胞结构(22.83%,包括14.29%细胞命运和8.57%细胞骨架重组)、蛋白命运(17.14%,包括8.57%蛋白合成,5.71%蛋白修饰和5.71%结合蛋白功能)、胁迫反应和胁迫(14.29%)和成熟与衰老(8.57%);能量和代谢及细胞结构比例最高。差异蛋白对成熟调节模式的分析结果显示,乙烯利和1-MCP对桃果实成熟的调节十分复杂且在代谢途径上表现出不同的方式。乙烯利可以诱导ACC氧化酶和脱落酸胁迫成熟相关蛋白的表达,加速糖酵解代谢,调控半乳糖代谢、谷氨酸代谢和蛋氨酸代谢;相对于乙烯利处理促进果实成熟而言,1-MCP抑制桃果实成熟主要表现在以下方面:一是抑制了果实成熟期间的代谢作用,如淀粉的降解、减弱糖酵解和磷酸戊糖代谢途径和其他的碳氮代谢;二是限制了细胞中钙离子的损失和细胞壁结构的分解而保持细胞的功能.;三是显著抑制了ACC氧化酶表达进而减少乙烯生物合成及ASR的表达;四是诱导了热激蛋白和伴侣蛋白60的表达以保护果实细胞。3.研究了热水(48℃,10min)结合1-MCP (10uL.L-112h)处理桃果实贮藏期间蛋白差异表达情况,结果显示,42个蛋白点在经过1-MCP结合热处理处理后具有1.5-fold以上的差异表达,这些蛋白点共分为5类,包括胁迫反应和防御(35.71%)能量和代谢(30.95%)、成熟和衰老(14.29%)、细胞结构(14.29%)以及蛋白命运(4.74%)。1-MCP结合热处理后桃果实成熟期间差异蛋白的功能类型与热处理、1-MCP处理发生了改变,能量和物质代谢、胁迫反应和防御两者的比例显著提高,且出现了钙调蛋白、果胶甲酯酶抑制因子、细胞质型苹果酸脱氢酶等特征性表达的功能蛋白。利用PSORT (http://wolfpsort.org/)进行蛋白的细胞亚定位预测分析表明,42个差异蛋白中有21个存在于细胞质,8个分别位于线粒体和叶绿体,3个位于细胞核,1个位于内质网,1个位于内膜。结果同时表明,1-MCP和热水结合处理,通过加强桃果实胁迫反应和防御的能力、增强桃果实清除氧自由基的能力、抑制桃果实物质和能量的代谢、限制细胞中钙离子的损失和细胞壁结构的分解而保持细胞的功能、诱导热激蛋白和伴侣蛋白的表达以保护果实细胞而表现二者综合的优势。结合处理的调控还涉及了果胶甲酯酶抑制因子、脱落酸胁迫成熟相关蛋白、钙调蛋白、Profilin、细胞质型苹果酸脱氢酶,病程相关蛋白PR-4和温度诱导的脂质运载蛋白等一些新蛋白的特征性表达,这些蛋白也以防御、代谢和成熟相关功能为主,表明热和1-MCP结合处理不是两者作用的简单叠加,而是产生了协同作用,增强了延缓桃果实成熟衰老的作用。
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