【摘要】：馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)塊莖發(fā)育過(guò)程對(duì)塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。塊莖連續(xù)而復(fù)雜的發(fā)育過(guò)程,是外界環(huán)境因素和內(nèi)部調(diào)控因子共同作用的結(jié)果。生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素作為重要的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì),在馬鈴薯塊莖發(fā)育過(guò)程中起重要調(diào)控作用。本研究以離體培養(yǎng)的馬鈴薯普通栽培品種“大西洋”試管苗為實(shí)驗(yàn)材料,誘導(dǎo)產(chǎn)生匍匐莖后,外源施加不同濃度吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)或6-芐氨基腺嘌呤(6-Benzylaminopurine,BAP),探明IAA和BAP對(duì)馬鈴薯塊莖形成和發(fā)育過(guò)程中塊莖的表型、生理和蛋白質(zhì)組影響。在生理和蛋白質(zhì)組水平上揭示了生長(zhǎng)素或細(xì)胞分裂素調(diào)控塊莖形成和發(fā)育的機(jī)理,研究結(jié)果如下:1、IAA調(diào)控馬鈴薯離體塊莖發(fā)育形態(tài)變化和生理響應(yīng)。IAA濃度介于0.5mg/L至2 mg/L時(shí),結(jié)薯率、單薯鮮重和塊莖直徑增大并顯著大于對(duì)照,2 mg/L時(shí)達(dá)最大值;與2 mg/L處理相比,IAA濃度介于2.5 mg/L至3.5 mg/L時(shí),結(jié)薯率、單薯鮮重和塊莖直徑減小,但均大于對(duì)照;IAA濃度為4 mg/L時(shí),結(jié)薯率低于對(duì)照,單薯鮮重和塊莖直徑高于對(duì)照,但變化不顯著;IAA濃度介于4.5 mg/L至11 mg/L時(shí),結(jié)薯率、單薯鮮重和塊莖直徑減小并顯著小于對(duì)照;IAA濃度高于11.5 mg/L時(shí),塊莖發(fā)育過(guò)程被完全抑制。塊莖發(fā)育起始時(shí)間隨IAA濃度升高而逐漸推遲。IAA處理后,塊莖中蔗糖、果糖和葡萄糖含量顯著升高,11.5 mg/L時(shí)達(dá)最大值。IAA處理后,塊莖中還原糖、可溶性總糖和淀粉含量先升高后降低,2 mg/L時(shí),顯著高于對(duì)照,并達(dá)最大值。IAA處理后,塊莖中過(guò)氧化氫(Hydrogen peroxide,H_2O_2)含量顯著升高,超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)、過(guò)氧化物酶(Peroxidase,POD)和過(guò)氧化氫酶(Catalase,CAT)活性顯著增強(qiáng),而塊莖中抗壞血酸(Ascorbic acid,AsA)含量先升高后降低,2 mg/L時(shí),顯著高于對(duì)照,并達(dá)最大值。2、IAA調(diào)控馬鈴薯離體塊莖發(fā)育差異蛋白質(zhì)組分析。利用雙向電泳和基質(zhì)輔助激光解析串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)(MALDI-TOF/TOF MS)對(duì)不同濃度IAA(0、2、4和11.5 mg/L)誘導(dǎo)的塊莖進(jìn)行差異蛋白質(zhì)組分析,鑒定到差異倍數(shù)大于2.5倍的蛋白質(zhì)有50個(gè)。這50個(gè)差異表達(dá)蛋白中,其中Patatin和蛋白酶抑制劑等貯藏相關(guān)蛋白、轉(zhuǎn)錄和翻譯相關(guān)蛋白、淀粉合成和糖代謝相關(guān)蛋白、氧化還原平衡相關(guān)蛋白以及分子伴侶蛋白在2 mg/L IAA處理時(shí)上調(diào)表達(dá),在高濃度IAA處理時(shí)下調(diào)表達(dá)。GO分析結(jié)果表明,50個(gè)差異表達(dá)蛋白主要富集在細(xì)胞、細(xì)胞內(nèi)區(qū)、細(xì)胞外區(qū)和細(xì)胞質(zhì)中,主要的分子功能是肽酶抑制劑、肽酶調(diào)節(jié)劑、內(nèi)肽酶抑制劑和內(nèi)肽酶調(diào)節(jié)劑;主要參與的生物過(guò)程有調(diào)控細(xì)胞蛋白質(zhì)代謝過(guò)程、初級(jí)代謝過(guò)程、有機(jī)物代謝過(guò)程和氧化還原輔酶代謝過(guò)程。KEGG分析結(jié)果表明,50個(gè)差異表達(dá)蛋白主要參與氨基酸生物合成、糖酵解、碳代謝、抗壞血酸代謝等生物過(guò)程。3、BAP調(diào)控馬鈴薯離體塊莖發(fā)育形態(tài)變化和生理響應(yīng)。BAP濃度介于0.5mg/L至3 mg/L時(shí),結(jié)薯率、單薯鮮重和塊莖直徑增大并顯著大于對(duì)照,3 mg/L時(shí)達(dá)最大值;與3 mg/L處理相比,BAP濃度介于3.5 mg/L至5.5 mg/L時(shí),結(jié)薯率、單薯鮮重和塊莖直徑減小,但均大于對(duì)照;BAP濃度為6 mg/L時(shí),結(jié)薯率和單薯鮮重低于對(duì)照,塊莖直徑高于對(duì)照,但變化不顯著;BAP濃度介于6.5 mg/L至12.5 mg/L時(shí),結(jié)薯率、單薯鮮重和塊莖直徑減小并顯著小于對(duì)照;BAP濃度高于13 mg/L時(shí),塊莖發(fā)育過(guò)程被完全抑制。BAP濃度介于0.5 mg/L至10 mg/L時(shí),塊莖發(fā)育起始時(shí)間提前,介于10.5 mg/L至13 mg/L時(shí),塊莖發(fā)育起始時(shí)間推遲。BAP處理后,塊莖中蔗糖、果糖和葡萄糖含量顯著升高,13 mg/L時(shí)達(dá)最大值。BAP處理后,塊莖中還原糖、可溶性總糖和淀粉含量先升高后降低,3 mg/L時(shí),顯著高于對(duì)照,并達(dá)最大值。BAP處理后,塊莖中POD和CAT活性顯著增強(qiáng),而塊莖中H_2O_2含量、AsA含量和SOD活性先升高后降低,3 mg/L時(shí),顯著高于對(duì)照,并達(dá)最大值。4、BAP調(diào)控馬鈴薯離體塊莖發(fā)育差異蛋白質(zhì)組分析。利用雙向電泳和MALDI-TOF/TOF MS質(zhì)譜技術(shù)對(duì)不同濃度BAP(0、3、6和13 mg/L)誘導(dǎo)的塊莖進(jìn)行差異蛋白質(zhì)組分析,鑒定到差異倍數(shù)大于2.5倍的蛋白質(zhì)有55個(gè)。這55個(gè)差異表達(dá)蛋白中,其中Patatin和蛋白酶抑制劑等貯藏相關(guān)蛋白、轉(zhuǎn)錄和翻譯相關(guān)蛋白、淀粉合成和糖代謝相關(guān)蛋白以及分子伴侶蛋白在3 mg/L BAP處理時(shí)上調(diào)表達(dá),在高濃度BAP處理時(shí)下調(diào)表達(dá)。氧化還原平衡相關(guān)蛋白在BAP處理時(shí)上調(diào)表達(dá)。GO分析結(jié)果表明,55個(gè)差異表達(dá)蛋白主要富集在細(xì)胞、細(xì)胞內(nèi)區(qū)、細(xì)胞外區(qū)和細(xì)胞質(zhì);主要的分子功能是氧化還原酶、抗氧化劑、酶抑制劑和肽酶抑制劑活性;主要參與的生物過(guò)程有糖酵解過(guò)程、代謝過(guò)程、活性氧代謝過(guò)程和氧化還原過(guò)程。KEGG分析結(jié)果表明,55個(gè)差異表達(dá)蛋白主要參與抗壞血酸代謝、次生代謝產(chǎn)物的合成、碳代謝、糖酵解途徑等生物過(guò)程。5、IAA和BAP調(diào)控的馬鈴薯離體塊莖發(fā)育關(guān)鍵蛋白質(zhì)生物信息學(xué)分析。對(duì)IAA和BAP調(diào)控塊莖發(fā)育的差異表達(dá)蛋白進(jìn)行主成分分析,分別得到IAA和BAP處理下變化最大的10個(gè)關(guān)鍵差異表達(dá)蛋白質(zhì)。使用Uniprot數(shù)據(jù)庫(kù)和ExPASy網(wǎng)站中的ProtScale程序?qū)@20個(gè)差異表達(dá)蛋白質(zhì)進(jìn)行疏水性/親水性分析,結(jié)果顯示這20個(gè)蛋白質(zhì)峰值大于0的疏水區(qū)域較廣,疏水性得分較高,親水區(qū)域不明顯。使用Uniprot數(shù)據(jù)庫(kù)和Wolf PSORT軟件對(duì)這20個(gè)關(guān)鍵差異表達(dá)蛋白質(zhì)進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè),結(jié)果表明這些差異表達(dá)蛋白大多位于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、線粒體、細(xì)胞外組織(包括細(xì)胞壁)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。使用Uniprot數(shù)據(jù)庫(kù)和NetPhos3.1 Server軟件對(duì)這20個(gè)關(guān)鍵差異表達(dá)蛋白質(zhì)進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯后磷酸化修飾預(yù)測(cè)和分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些差異表達(dá)蛋白均存在多個(gè)可能發(fā)生翻譯后磷酸化修飾的絲氨酸(Serine)和蘇氨酸(Threonine)殘基位點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S532
【圖文】：

圖 2-6 不同濃度吲哚乙酸處理下離體塊莖總蛋白的雙向凝膠電泳圖譜。A，0 mg/L 吲哚乙酸（對(duì)照）；B，2 mg/L 吲哚乙酸；C，4 mg/L 吲哚乙酸；D，11.5 mg/L 吲哚乙酸，圖中箭頭所標(biāo)為差異表達(dá)蛋白質(zhì)點(diǎn)；MW 為蛋白質(zhì)分子量Figure 2-6 2DE gels of tubers in vitro total proteins under different IAA concentrationtreatment. A, 0 mg/L IAA (CK); B, 2 mg/L IAA; C, 4 mg/L IAA; D, 11.5 mg/L IAA. Thearrows are marked as differential abundance protein spots on the gels; The MW stand for themolecular weight of protein2.4.3.3 生長(zhǎng)素調(diào)控馬鈴薯離體塊莖差異表達(dá)蛋白質(zhì)譜鑒定根據(jù)雙向電泳凝膠上差異蛋白分析結(jié)果，不同濃度 IAA（0、2、4 和 11.5 mg/L）處理后，表達(dá)量差異 2.5 倍以上的點(diǎn)認(rèn)為是差異表達(dá)蛋白，共有 77 個(gè)，并對(duì)其進(jìn)行 MALDI-TOF/TOF-MS 質(zhì)譜鑒定，成功鑒定到 50 個(gè)差異表達(dá)蛋白，其中有2 個(gè)功能未知的蛋白（表 2-2）。

2.4.3.4 生長(zhǎng)素調(diào)控馬鈴薯離體塊莖差異表達(dá)蛋白聚類分析IAA 處理后共有 7 個(gè)定性變化的蛋白和 43 個(gè)定量變化的蛋白被成功鑒定，對(duì)這 43 個(gè)定量變化的差異蛋白進(jìn)行聚類分析。由上到下聚為三大類，第一大類為不同濃度 IAA（2、4 和 11.5 mg/L）處理后上調(diào)表達(dá)的蛋白點(diǎn)，共有 8 個(gè)；第二大類為 2 mg/L IAA 處理后上調(diào)表達(dá)，4 mg/L 和 11.5 mg/L IAA 處理后下調(diào)表達(dá)的蛋白點(diǎn)，共有 31 個(gè)；第三大類為 IAA（2、4 和 11.5 mg/L）處理后下調(diào)表達(dá)的蛋白點(diǎn)，共有 4 個(gè)。由此可見(jiàn)，大部分差異表達(dá)蛋白在 2 mg/L IAA 處理時(shí)上調(diào)表達(dá)，4 mg/L 和 11.5 mg/L IAA 處理時(shí)下調(diào)表達(dá)（圖 2-7）。

unitz-型蛋白酶抑制劑 S9C11 酶前體、Patatin-T5、天冬氨酸蛋白酶抑制劑 8unitz-型蛋白酶抑制劑 B1、半胱氨酸蛋白酶 15A、奇果蛋白、2 個(gè)蛋白酶抑 II 前體型 A-b、2 個(gè)半胱氨酸蛋白酶抑制劑 9 和 3 個(gè) Kunitz-型抑制劑 C；（化還原平衡相關(guān)蛋白：2-半胱氨酸過(guò)氧化物酶 BAS1、單脫氫抗壞血酸還原酶肽酶 Y、谷胱甘肽 S-轉(zhuǎn)移酶 L3、脫氫抗壞血酸還原酶類似蛋白、8 -羥基香脫氫酶、類谷胱甘肽 S-轉(zhuǎn)移酶和栓化相關(guān)的陰離子過(guò)氧化物酶 2；（4）防關(guān)蛋白：富甘氨酸蛋白 2、鐵蛋白 1、病程相關(guān)蛋白 STH-2、脫水素蛋白 HIRD1蛋白亞基 X1 和病程相關(guān)蛋白 P2 的前體；（5）轉(zhuǎn)錄和翻譯相關(guān)蛋白：初生相關(guān)復(fù)合物亞基 α-類蛋白 1、轉(zhuǎn)錄因子-BTF3、2-多聚腺苷酸結(jié)合蛋白亞基 X伸因子 Tu 和 GTP 結(jié)合蛋白 Ran/TC4、天冬氨酸-tRNA 連接酶 2 和核糖體成白 SDBS；（6）分子伴侶：20 kDa 的分子伴侶伴侶蛋白和 β-伴侶蛋白 60；（個(gè)未知蛋白（圖 2-8 ）。

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8 梁順平;旱地覆蓋栽培模式對(duì)土壤環(huán)境及不同熟性馬鈴薯產(chǎn)量的影響[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

9 楊世峗;寒旱地區(qū)馬鈴薯的關(guān)鍵栽培技術(shù)研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

10 田慧慧;旱地馬鈴薯覆蓋與植株分布方式技術(shù)效應(yīng)的比較[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2787887