基于定量蛋白质组学解析西瓜 嫁接苗耐冷性的分子机制

    施先锋 王希波 程菲 曹海顺 梁欢 鲁军阳 孔秋生 别之龙

    目的与意义: 西瓜是一种重要的喜温经济作物。低温是西瓜生产的主要环境限制因素之一。砧木嫁接是提高西瓜耐冷性的有效途径。然而,其分子机制知之甚少。本研究通过植株表型、光合作用及膜损伤程度等指标证实南瓜砧木嫁接提高了西瓜耐冷性,采用基于iTRAQ技术的蛋白质组学方法鉴定了低温处理2 d后西瓜嫁接苗的蛋白质,分析了参与相关代谢途径的差异丰度蛋白,为从蛋白水平上揭示嫁接提高西瓜耐冷性的分子机制提供新的线索。

    材料与方法: 选用西瓜自交系‘97103(低温敏感型)和南瓜品种‘青研砧1号(耐冷性强)为试材进行嫁接,待西瓜自嫁苗(SG)和南瓜砧木嫁接苗(RG)4片真叶时进行低温处理(10 °C/5 °C;12 h/12 h),以正常温度(28 °C/18 °C;12 h/12 h)为对照。低温处理48 h后分别用电导仪和LI-6400型便携式光合作用测量系统测定幼苗叶片的相对电导率和净光合速率。同时,取样用于蛋白质提取,按iTRAQ试验流程操作鉴定低温响应蛋白质,并结合生物学(COG、GO及KEGG)对差异蛋白质进行分类。选取8个差异蛋白对应的基因进行了实时荧光定量PCR分析。

    结果与分析: (1)与RG比较,低温处理48 h后SG的叶片呈现更严重的萎蔫。REL和Pn结果也表明南瓜砧木嫁接显著减轻了西瓜的低温伤害。(2)获得的iTRAQ数据与西瓜组学数据比对,共鉴定到4 796个低温响应蛋白质,通过肽数量、不同分子量蛋白质的分布及鉴定肽段的蛋白质序列覆盖率等分析,表明iTRAQ数据可信度高。(3)与常温嫁接苗比较,低温胁迫后SG和RG中共鉴定752个差异丰度蛋白。通过COG数据库比对,752个差异蛋白中557个被分为22类;GO分析结果表明,催化活性和结合是主要的分子功能;代謝过程和细胞过程是主要的生物过程;细胞器、细胞及细胞部分是主要的细胞成分。KEGG显著富集结果表明,在SG中包括α-亚麻酸代谢、氧化磷酸化、嘌呤代谢及碳代谢等。而在RG中包括核糖体、剪接体、光合作用天线蛋白、mRNA监督、MAPK信号途径及谷胱甘肽代谢等通路显著富集。综合COG、GO 及KEGG结果和相关文献,分析了参与光合作用(13个)、碳代谢和能量代谢(19个)、胁迫防御(15个)、转录后调控(15个)、蛋白质动态平衡(55个)、精氨酸合成(6个)及信号转导(11个)等代谢途径的差异蛋白质。

    结? ? 论: 基于蛋白质组学结果,南瓜砧木嫁接苗的耐冷性可能与光合作用、碳代谢和氧化磷酸化等过程产生的能量有关。南瓜砧木嫁接苗可以通过提高ROS的清除能力和精氨酸的生物合成来应对低温胁迫。此外,转录后调控和蛋白质动态平衡在西瓜嫁接苗应对低温胁迫起重要作用。值得注意的是蛋白激酶可能是南瓜砧木嫁接苗中作为正调节因子应对低温胁迫。生理指标和8个蛋白质对应基因转录水平的结果证实了iTRAQ结果是可靠的。