毛白杨次生维管系统再生过程中定量蛋白质组学研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:tomjohn3168
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林木是世界上一种集生态效益,经济效益和社会效益于一身的重要物质,而我国是一个少林缺材的国家,森林资源总量不足,质量不高,木材的数量和质量不能满足社会多样化需求,在短时间内提高森林面积和木材产量是面临的重要任务,由于造林面积有限,如何提高木材产量,是解决木材短缺的一个重要途径。木材形成过程是与木材形成相关基因的有序表达和相互调控复杂的生物学过程,相对m RNA而言,蛋白质更直接体现基因在生物体的具体功能和表达特性,参与植物的生理生化反应及其调控。定量分析维管形成层表达特异蛋白,有助于揭示木材形成过程中的相关基因分子调控机制。利用课题组前期建立的毛白杨(Populus tomentosa)次生维管再生系统,对剥皮后次生维管再生过程中第6、8、10、12、14、16、18和20天8个生长时期取样,并提取这8个时期样品总蛋白,进行酶解和i TRAQ同位素相对定量标记,对标记的肽段应用强阳离子交换色谱(SCX)和反相色谱(RP)进行分离,并用4800基质辅助激光解析电离飞行时间串联质谱(4800 MALDI-TOF/TOF)鉴定的方法,获得了毛白杨次生维管发育过程不同时期的蛋白表达谱。经数据库检索,共获得了2019(置信水平>95%)个在毛白杨次生维管发育过程中表达的非冗余蛋白,其中i TRAQ同位素相对定量信息Peptides(95%)≥1个肽段相匹配的蛋白共401个,Peptides(95%)≥2的蛋白共225个。同时,将所得到的2019个和有定量信息的225个蛋白在WEGO网站上进行功能分类,通过GO(Gene ontology)分类确定具体的蛋白的分子功能。第一类是功能蛋白质类,在细胞内可直接发挥功能,如水解酶、蛋白激酶类等。第二类是调控蛋白类,在次生维管再生的信号转导或基因表达中起调节作用,如转录因子、蛋白激酶等。通过分析,建立了毛白杨次生维管再生过程的蛋白表达谱。毛白杨次生维管再生系统发育过程起始于未成熟木质部,产生大量的愈伤组织,形成形成层,后者进一步分化形成木质部和韧皮部。这一生物学过程涉及细胞的脱分化、形成层的形成和分化,整个过程细胞类型转化快,分裂、分化活跃,代谢旺盛,各种转录因子、信号分子参与调控。本研究中鉴定的蛋白按表达部位分类,86个非冗余相对定量差异蛋白可能与分生组织形成相关,65个可能调控木质部发育,39个可能参与细胞壁形成。按蛋白的分子功能分类,15个可能与细胞信号转导相关,12个可能是转录调控因子。在所鉴定的蛋白中,发现一些已知功能蛋白,Pt CLE44在形成层形成过程中起主要调控作用。Pt CAD、Pt COMT和Pt PAL是参与木质素合成过程中表达蛋白,在次生维管再生过程中,参与次生木质部的形成。MYB家族转录因子,是在次生维管再生过程中被研究最多的转录因子家族,本文鉴定到MYB48和MYB4.1转录因子,在次生维管系统再生过程中起到负调控作用,说明对此过程起到了抑制作用。鉴定到的一些已知蛋白证明了选择色谱分离与鉴定系统(SCX-RP-4800 MALDI-TOF/TOF)和选择i TRAQ同位素相对定量标记方法的可行性。本研究在i TRAQ同位素相对定量蛋白质水平,发现17个在毛白杨次生维管再生系统功能未知蛋白,可能在毛白杨次生维管再生过程中特异表达蛋白。Pt GNOM、Pt TCTP和Pt SLP蛋白可能参与形成层形成,Pt ADL和Pt VEP蛋白可能与木质部发育模式有关,Pt MYB158蛋白在木质部形成过程中可能是起负调控的转录因子,Pt CAT蛋白可能参与细胞程序性死亡,Pt CYP75B1、Pt P78RF和Pt MIPS蛋白与生长素信号传递有关,Pt CHIA蛋白参与乙烯信号传递调控途径。还发现3个转录调控因子,分别为18243214蛋白属于GRAS家族转录因子、18250652蛋白属于F-box家族转录因子和Pt HB-1(18231790)蛋白属于PHOX2/ARIX转录调控因子,3个转录调控因子蛋白可能对形成层的形成起转录调控作用。2个钙调素结合蛋白(18241152、18242281)和1个钙依赖蛋白激酶(Pt CPDK),可能参与毛白杨次生维管再生过程。根据研究毛白杨次生维管再生过程中i TRAQ同位素相对定量蛋白的实验结果,提出了毛白杨次生维管再生过程中定量蛋白表达假设模型,该模型反映了毛白杨次生维管再生过程表达特异的蛋白表达量的动态变化,反映出基因的特异表达与次生维管组织再生过程相一致,可作为鉴定木材形成关键蛋白的候选蛋白,为木材形成过程提供基础,为树木材性改良提供了基因资源。
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