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基于蛋白差异表达谱解析湿加松无性系对磷饥饿的耐受机制

【摘要】:湿加松(Pinus elliottii×P.caribaea)是湿地松(Pinus elliottii Engelmann)与加勒比松(Pinus caribaea Morelet)的杂交树种,具有明显杂种优势,是我国南方重要的造林树种之一。磷是植物生长发育所需的重要元素之一,土壤中大多的磷被固定而不能被植物直接吸收和利用,湿加松的生长发育依赖土壤磷的有效性,用蛋白组学相关技术筛选关键蛋白和代谢途径,对湿加松无性系磷效率的遗传改良十分必要。本试验以湿加松扦插砂培苗为材料,给予10个无性系有磷和无磷处理,分析生长表现。从中,选取3个不同磷效率无性系(31号:低磷耐受、高磷不反应类型,38号:低磷耐受、高磷不反应型,4号:低磷耐受性不及31号和38号、高磷反应型)用于相对和绝对定量同位素标记(iTRAQ)分析。五次iTRAQ分析鉴定得到2074个以上可信蛋白,分析根部与地上部不同比较组间的变化倍数,发现其表达丰度分别受基因型、处理及二者共同作用的影响。4号和31号根部共筛选出1076个处理间的差异表达蛋白(tDEPs),其中,347个t DEPs为两个无性系共有;筛选出根部基因型间的差异表达蛋白(cDEPs)共1109个。4号、31号、38号地上部共筛选出882个t DEPs,其中,仅151个tDEPs为三个无性系共有,155个tDEPs为4号与31号共有;4号与31号地上部cDEPs共800个,38号与31号地上部cDEPs共738个。不同组间DEPs上下调存在明显差异,其中,上调的tDEPs均大于下调,特别地,4号受低磷胁迫诱导上调的DEPs远大于下调表达的蛋白数目,38号上下调个数差别较小,31号则上下调个数相近。通过GO分析比较不同组DEPs富集的生物途径及其占比,根部4号和31号共有、但占比31号4号的处理间DEPs的有:光合作用、氧化还原代谢过程、硫代酸酯代谢途径,占比31号4号的有:而三羧酸循环、有机酸代谢、含氮化合物代谢过程4号的DEPs占比高于31号。通过GO分析3个无性系地上部的DEP参与的生物过程,发现4号富集到的DEPs主要参与三羧酸循环的数目远远大于31号和38号,分别是两者的156.12%、102.23%;小分子代谢过程、磷酸代谢过程和氧化还原过程4号比31号和38号大51%、35%、21%以上;有机磷代谢过程在地上部三个无性系间差异不大。注释不同组DEPs富集的KEGG途径,结果表明,t DEPs大量地富集在碳水化合物类代谢与能量代谢中。碳水化合物类蛋白中,地上部与根部受磷丰缺调控的DEPs大量地富集在糖酵解/糖异生代谢途径上,31号根部的DEPs占比明显大于4号,而地上部的DEPs占比则明显小于38号与4号;地上部各无性系的富集在乙醛酸盐和二羧酸代谢途径的cDEPs远远大于糖酵解/糖异生代谢,处理组间各代谢途径富集蛋白的显著水平高于无性系间。对同批次材料开展相关无机磷、可溶性蛋白、酸性磷酸酶的测定,结果表明,处理对可溶性磷和可溶性蛋白作用显著,无性系效应对三者均有显著作用,处理与无性系的互作效应还显著作用于无机磷浓度及根部酸性磷酸酶比活性。综上所述,三个无性系响应低磷胁迫的DEPs在蛋白数量、上下调模式以及参与的生物途径均存在差异,可能是其磷效率表现差异的分子机制。

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