甘蔗与抗旱性相关差异蛋白质组分析

作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2017 43 9 1337 1346 http zwxb chinacrops org ISSN 0496 3490 CODEN TSHPA9 E mail xbzw 本研究由国家高技术研究发展计划项目 863 计划 2013AA102604 广西八桂学者 特聘专家专项 2013 国家现代农业产业技术体系 广西甘蔗创新团队专项 gjnytxgxcxtd 03 01 和广西甘蔗遗传改良重点实验室项目 12 K 05 01 资助 This study was supported in part by the National High Technology Research and Development Program of China 863 program 2013AA102604 the Special Funds for Bagui Scholars and Distinguished Experts in Guangxi 2013 the Guangxi Sugarcane Innovation Team of National Agricultural Industry Technology System gjnytxgxcxtd 03 01 and the Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement 12 K 05 01 通讯作者 Corresponding authors 李杨瑞 E mail lyr 杨丽涛 E mail litaoyang61 第一作者联系方式 E mail trungduchanh Received 收稿日期 2016 06 04 Accepted 接受日期 2017 05 10 Published online 网络出版日期 2017 06 05 URL DOI 10 3724 SP J 1006 2017 01337 甘蔗与抗旱性相关差异蛋白质组分析 DO Thanh Trung 1 李 健 1 张风娟1 杨丽涛1 李杨瑞1 2 邢永秀1 1 广西大学农学院 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室 广西南宁 530005 2 广西农业科学院 中国农业科学院甘蔗 研究中心 农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室 广西甘蔗遗传改良重点实验室 广西南宁 530007 摘 要 采用桶栽方式 对抗旱性强的 F172 和抗旱性弱的 YL6 甘蔗品种在苗期进行重度干旱胁迫处理后 应用蛋白 质双向电泳技术进行差异蛋白质分析 分别找出差异显著的 28 和 20 个差异蛋白点 其中部分呈现上调表达 部分呈 现下调表达 还有部分新增的蛋白点 因品种抗性不同而表现各异 F172 叶片中的差异蛋白主要表现为上调表达 而 YL6 中大多表现为下调表达 在重度干旱胁迫下 抗旱性不同的甘蔗品种蛋白质丰度变化有显著差异 采用 MALDI TOF TOF MS 鉴定所获得的差异蛋白 从 YL6 F172 中分别鉴定出 18 14 个蛋白的氨基酸序列 对所鉴定 的蛋白质根据功能分为 8 类 YL6 中参与自由基清除的 2 个 参与光合作用的 6 个 参与细胞生长和分裂的 1 个 参 与基础代谢的 6 个 参与防卫反应的 2 个 未知功能蛋白 1 个 F172 中参与自由基清除的 1 个 参与光合作用的 2 个 参与细胞生长和分裂的 2 个 参与基础代谢的 4 个 参与信号转导的 2 个 参与蛋白加工的 1 个 未知功能蛋白 2 个 其中 22 kD 干旱诱导蛋白的丰度明显提高 而在 YL6 中则检测不到此蛋白 这说明在干旱胁迫下抗旱性不同的 甘蔗品种在蛋白质组成上有很大差异 推测这是不同甘蔗品种间抗旱性差异的重要分子基础 关键词 甘蔗 水分胁迫 蛋白质组 差异表达 抗旱性 Analysis of Differential Proteome in Relation to Drought Resistance in Sugarcane DO Thanh Trung1 LI Jian1 ZHANG Feng Juan1 YANG Li Tao1 LI Yang Rui1 2 and XING Yong Xiu 1 Agricultural College State Key Laboratory of Conservation and Utilization of Subtropical Agro bioresources Nanning 530005 China 2 Guangxi Academy of Agricultural Sciences Sugarcane Research Center Chinese Academy of Agricultural Sciences Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Biotechnology and Genetic Improvement Ministry of Agriculture Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement Nanning 530007 China Abstract Drought stress is a major restraint in sugarcane production in China Proteomic study in relation to drought stress pro vides valuable information in drought resistant breeding of sugarcane In this study the drought resistant sugarcane variety F172 and the drought sensitive variety YL6 were used in a pot experiment for differential proteome analysis Seedlings of both varie ties were exposed to severe drought stress for seven days and the leaf proteins were separated and analyzed using 2 DE technique and PDQuest software From the protein profiles of F172 and YL6 28 and 20 differential protein spots were detected between normal irrigation and drought stress treatments respectively including up and down regulated proteins and new protein spots The differential proteins varied across the two varieties Using MALDI TOF TOF MS 18 and 14 amino acid sequences were identified from YL6 and F172 respectively and they were in eight function categories In YL6 the 18 proteins consist of two participating in oxygen radical scavenging six participating in photosynthesis one participating in cell growth and division six participating in basic metabolisms two participating in protective response and one unknown in function In F172 the 14 proteins consist of one participating in oxygen radical scavenging two participating in photosynthesis two participating in cell growth and 1338 作 物 学 报 第 43 卷 division four participating in basic metabolisms two participating in information transfer one participating in protein processing and one unknown in function A drought induced protein of 22 kDa was in high level in F172 but absence in YL6 These results indicate that protein compositions under drought stress are highly different in sugarcane varieties with different drought resistance and the differential proteins might give a hint to drought resistant mechanism Keywords Sugarcane Water stress Proteome Differential expression Drought resistance 甘蔗是世界上也是中国最重要的糖料作物和能 源作物 中国的蔗糖产量占食糖总产的 90 以上 中国大陆的 80 以上甘蔗种植在缺乏灌溉条件的旱 坡地上 而干旱是限制甘蔗产量的重要因素 1 蛋白质组 Proteome 是指基因组表达产生的所 有蛋白质 即细胞 组织或机体全部蛋白质的存在 及其活动方式 2 运用蛋白质双向电泳技术和质谱 鉴定技术 可大量研究逆境胁迫后蛋白质组的变 化 迄今 已经获得了大量的差异蛋白并进行了功 能研究 3 8 蛋白质组学的研究已经广泛应用到各种植物 中 在缺水条件下 植物蛋白的含量和种类会发生 变化 有的蛋白丰度不变 有的蛋白丰度增加 有 的蛋白丰度降低 或者有新的蛋白合成 9 10 但是 有研究表明 比起蛋白的增加或新蛋白的出现 干 旱更容易引起蛋白含量的减少或丢失 10 Xiao 等 11 研究了不同来源的 2 个青杨种群受干旱胁迫后的蛋 白质变化情况 用质谱分析成功鉴定出 40 个干旱响 应蛋白 这些蛋白的功能涉及到多个方面 其中抗 氧化酶 HSPs 以及次生代谢调控相关的蛋白等对青 杨的抗旱能力起了重要作用 Salekdeh 等 9 用干旱处 理 2 个水稻品种 经双向电泳分析 发现有 42 个蛋 白点的表达量在干旱胁迫前后表现出显著变化 推 测 2 个品种之间的蛋白差异导致抗旱性显著差异 孙存华等 12 研究表明 在中度干旱胁迫时 藜叶有 5个蛋白点的谱带明显加强 在重度干旱胁迫时 其 中的 2 个蛋白点谱带增强 但弱于中度干旱胁迫时 的谱带 章玉婷等 13 在干旱与正常处理条件下研究 马铃薯叶片表达差异蛋白质组 经电泳图谱分析和 质谱鉴定获 12 个差异蛋白点 其中有保护马铃薯光 合系统以及线粒体正常运转的酶类 调节该植株对 环境胁迫响应的信号传导以及调控其组织内 N C 运输系统的功能蛋白 这些蛋白在受到干旱胁迫时 表达量均升高 从而揭示出该类蛋白是马铃薯在干 旱条件下产生的耐受相关蛋白 在甘蔗上 Su 等 14 应用iTRAQ技术研究甘蔗与黑穗病互作的蛋白差异 表达谱 发现抗病和感病基因型中筛选出的与转录 组关联的差异蛋白中 与差异基因表达趋势相同的 均为关联上调表达 且其中近半数以上的关联差异 蛋白与植物抗逆性密切相关 如过氧化物酶 病程 相关蛋白 葡聚糖酶 热休克蛋白和植物凝集素等 我们之前的研究发现 在用 10 PEG 6000 进行水 分胁迫的条件下 抗旱性强的甘蔗品种 ROC22 中 Drought inducible 22 kD protein 和 ATPase CF1 sub unit beta 蛋白的相对丰度高于抗旱性弱的甘蔗品种 ROC16 这 2 种蛋白有可能作为不同品种抗旱性标 志蛋白 4 甘蔗抗旱蛋白质组研究以及甘蔗品种抗旱性的 分子机制探索 有望为甘蔗抗旱性鉴定和培育高 产 优质 抗旱性强的甘蔗品种以及旱地甘蔗栽培 技术研发提供重要的理论依据 对甘蔗的生产实际 具有重要的应用意义 本研究拟在对甘蔗进行干旱 胁迫处理的基础上 开展甘蔗抗旱蛋白质组学研究 以期探索抗旱性不同的甘蔗品种对干旱胁迫的响应 机制 进而为利用基因工程改良甘蔗品种的抗旱性 提供理论依据 1 材料与方法 1 1 试验材料及处理 根据韦汉文等 15 和檀小辉等 16 的研究结果 选 取园林 6 号 简写 YL6 抗旱性弱 台糖 172 简写 F172 抗旱性强 2 个甘蔗品种作为供试材料 在广 西大学农学院甘蔗研究所的智能温室大棚内 2012 年 4 月 21 日桶栽单芽蔗茎 桶的上径 49 3 cm 下 径 34 5 cm 高 34 4 cm 每桶 3 个单芽的甘蔗茎段 每个处理 20 桶 桶中装入配置的土壤 大田表土 河沙 牛粪 5 4 1 每个桶的底部都钻 3 5 个 直径为 4 mm 的圆孔防止积水 每桶装约 2 3 桶的土 壤 参考朱理环等方法 17 在苗期对 2 个甘蔗品种进 行正常灌溉 CK 和重度干旱胁迫 停止供水 7 d 土 壤含水量为 7 5 10 0 于干旱胁迫处理 7 d 后 2012 年 6 月 30 日 从每个品种的干旱胁迫处理和 对照随机选取 3 株甘蔗 分别在其 1 叶 最高可见肥 厚带叶 距肥厚带 18 cm处剪取 5 cm叶片 放入冰盒 中拿回实验室冰浴清洗 剪成碎片在冰浴条件下快 速磨样待测 第9期 DO Thanh Trung 等 甘蔗与抗旱性相关差异蛋白质组分析 1339 1 2 主要仪器设备 PROTEAN i12 IEF 等电聚焦仪 Bio Rad USA Biorad Powerpac Universal 164 5070 Bio Rad USA Bio Rad Mini PROTEAN Tetra Cell 垂直电泳 仪 Bio Rad USA Bio Rad GS 800 扫描仪 Bio Rad USA Dynamica Velocity 18R 高速冷冻离心机 Dynamica Australia 1 3 样品蛋白质的提取及测定 参照 Yang 等 3 报道的酚抽法提取蛋并存于 80 采用 Bradford 方法 18 测定蛋白质含量 1 4 双向凝胶电泳及扫描分析 采用 Bio Rad Protean IEF cell 等电聚焦系统 17 cm IPG 胶条 等电聚焦结束后分别用含 2 DTT 平 衡液 1 和 2 5 碘乙酰胺 平衡液 2 的胶条平衡缓冲 液 6 mol L 1尿素 2 SDS pH 8 8 0 375 mmol L 1 Tris HCl 20 甘油 平衡胶条各 15 min 第 2 向电泳 采用 Bio Rad 大型垂直电泳系统和制胶模具 分离 胶浓度为 12 5 按 Zhou 等的方法 4 第一步 用 固定液固定 2 h 然后用双蒸水洗 3 次 每次 5 min 第二步 用敏化液敏化 1 h 然后用双蒸水洗 3 次 每次 10 min 第三步 用银染液染色 30 min 然后用 双蒸水洗 3 次 每次 1 min 第四步 用显色液显色 约 5 min 然后用冰乙酸终止反应 10 min 采用 Bio Rad GS 800 扫描仪进行图像扫描 保存图 像 扫描仪分辨率为300 dpi 对比度与亮度采用软件默 认值 用 PDQuest 软件分析扫描图像 寻找差异蛋白点 1 5 差异蛋白点质谱鉴定及生物信息学分析 采用 4700 串联飞行时间质谱仪 4700 Pro teomics Analyzer TOF TOFTM Applied Biosystems USA 进行质谱分析 激光源为 355 nm 波长的 Nd YAG 激光器 加速电压为 20 kV 采用正离子模 式和自动获取数据的模式获取数据 获得的 PMF 采 用基于质谱数据库和 MOWOSE 概率算法的蛋白质 鉴定系统 Mascot 软件 对一级和二级质谱数据综合 分析 设置 NCBIInr 和 Uniprot 蛋白质数据库 全部 生物种类 检索参数 数据检索方式为 Combined MS MS MS 消化多肽的酶为胰蛋白酶 设定 Mowse Score 大于 65 分的蛋白即为鉴定的蛋白 2 结果与分析 2 1 重度干旱胁迫时甘蔗幼苗叶片总蛋白的 SDS PAGE 图谱 从图 1 可看出 所提取的蛋白条带清晰 处理 与对照之间的蛋白丰度存在差异 表明干旱胁迫后 甘蔗叶片的蛋白表达有变化 并且所提取蛋白无杂 质污染 质量较好 定量准确 能较好地分离甘蔗 叶片总蛋白 可以用于双向电泳分析 图 1 甘蔗叶片总蛋白 12 5 SDS PAGE 凝胶图谱 Fig 1 Separation profile of total protein in sugarcane leaves by electrophoresis with 12 5 SDS PAGE 2 2 干旱胁迫对甘蔗幼苗蛋白质表达的影响 PDQuest 软件对各个处理的电泳图谱分析显示 3 个生物学重复间的相似度较高 平均匹配率为 65 在 2 个甘蔗品种的 CK 和重度干旱胁迫处理间 分别找到差异显著的蛋白点 28 个和 20 个 图 2 和图 3 这些差异蛋白点的局部放大图见图 4 和图 5 与 CK 相比 两个甘蔗品种各差异蛋白点上调 下调情 况见表 1 和表 2 显示在 YL6 所分离到的 28 个蛋白 中 干旱胁迫处理后有15个下调表达 7个上调表达 新产生蛋白 6 个 在 F172 所鉴定到的 20 个蛋白中 干旱胁迫处理后有 5 个下调表达 15 个上调表达 2 3 差异蛋白的鉴定 分别挖取 YL6 F172 甘蔗幼苗叶片 2 DE 凝胶 28 个和 20 个差异蛋白点进行 MALDI TOF TOF MS 分析 通过 MASCOT 数据库对获得的数据信息 进行搜索比对 Mowse Score 大于 65 分的蛋白即为 鉴定的蛋白 根据鉴定报告分别有 18 14 个差异蛋 白鉴定成功 鉴定率分别为 64 3 和 70 0 表 3 和 表 4 根据前人已鉴定的功能蛋白对鉴定的32个蛋白 进行功能分类 18 23 可将它们分为8类 图6 1 参 1340 作 物 学 报 第 43 卷 图 2 甘蔗品种 YL 6 幼苗叶片蛋白质的双向电泳图谱 Fig 2 2 DE profile for proteins from leaves of sugarcane variety YL 6 seedling 图 3 甘蔗品种 F172 幼苗叶片蛋白质的双向电泳图谱 Fig 3 2 DE profile for proteins from leaves of sugarcane variety F172 seedlings 与光合作用的10个蛋白中 从YL6中鉴定出来的有 6 个 包括 Os03g0279950 spot 6 Os03g0592500 spot 11 二磷酸核酮糖羧化酶 ribulose bisphosphate carboxylase spot 14 Os06g0603000 spot 24 铁氧 还原蛋白 ferredoxin spot 25 核酮糖 1 5 二磷酸羧 化 加氧酶大亚基 ribulose 1 5 bisphosphate carboxy lase oxygenase large subunit spot 27 从 F 172 中鉴 定出来的有 2 个 为放氧增强蛋白 1 oxygen evolving enhancer protein 1 OEE1 spot 6 和 33 kD 光系统 II 蛋白 Photosystem II protein 33 kD spot 15 2 参与自由基清除的 3 个蛋白中 从 YL6 中鉴 定出来的有 2 个 包括 Cu Zn 超氧化物歧化酶 Cu Zn superoxide dismutase spot 15 铁氧还原蛋白 和铁氧还蛋白 NADP 氧化还原酶复合体晶体结构 A 链 chain A crystal structure of the complex between ferredoxin and ferredoxin NADP reductase spot 28 从 F172 中鉴定出来的有 1 个 为乙二醛酶 1 Gly oxylase1 spot 11 3 参与防卫反应的 2 个蛋白仅在 第9期 DO Thanh Trung 等 甘蔗与抗旱性相关差异蛋白质组分析 1341 图 4 甘蔗品种 YL 6 的差异蛋白质点的局部放大图 Fig 4 Enlarged pictures of the differential protein spots in sugarcane variety YL6 图 5 甘蔗品种 F172 的差异蛋白质点的局部放大图 Fig 5 Enlarged pictures of the differential protein spots in sugarcane variety F172 表 1 干旱胁迫后甘蔗品种 YL6 差异蛋白点的表达类型 Table 1 Expression modes of differential protein spots in sugarcane variety YL6 under drought stress 序号 No 表达类型 Expression type 序号 No 表达类型 Expression type 1 上调 Up 15 下调 Down 2 新增蛋白点 New 16 新增蛋白点 New 3 新增蛋白点 New 17 上调 Up 4 新增蛋白点 New 18 上调 Up 5 新增蛋白点 New 19 下调 Up 6 下调 Down 20 新增蛋白点 New 7 下调 Down 21 下调 Down 8 上调 Down 22 上调 Up 9 下调 Down 23 下调 Up 10 下调 Down 24 上调 Up 11 下调 Down 25 上调 Up 12 下调 Down 26 下调 Down 13 下调 Down 27 下调 Down 14 下调 Down 28 下调 Down 表 2 干旱胁迫后甘蔗品种 F172 蛋白差异点的表达类型 Table 2 Expression modes of differential protein spots in sugarcane variety F172 under drought stress 序号 No 表达类型 Expression type 序号 No 表达类型 Expression type 1 上调 Up 11 下调 Down 2 上调 Up 12 上调 Up 3 上调 Up 13 上调 Up 4 上调 Up 14 上调 Up 5 上调 Up 15 上调 Up 6 上调 Up 16 上调 Up 7 下调 Down 17 下调 Down 8 上调 Up 18 上调 Up 9 下调 Down 19 上调 Up 10 下调 Down 20 上调 Up YL6 中鉴定出 分别为类异黄酮还原酶 isoflavone reductase homolog IRL spot 19 和 17 4 kD 一级热击 蛋白 3 17 4 kD class I heat shock protein 3 spot 21 1342 作 物 学 报 第 43 卷 第9期 DO Thanh Trung 等 甘蔗与抗旱性相关差异蛋白质组分析 1343 1344 作 物 学 报 第 43 卷 图 6 从甘蔗品种园林 6 号和 F172 中已鉴定的 32 个差异蛋白的 功能分类 Fig 6 Functional classification of the 32 differential protein spots identified from sugarcane varieties YL6 and F172 4 参与基础代谢的 10 个蛋白中 从 YL6 中鉴定出 来的有 6 个 包括 DNA 依赖性 ATP 酶 SNF2 family DNA dependent ATPase spot 2 核 糖 核 酸 酶 ribonuclease HII RnhB spot 4 核苷二磷酸激酶 nucleoside diphosphate kinase I spot 7 ATP 合酶 亚基 ATP synthase delta chain spot 9 谷氨酰胺合 成酶 glutamine synthetase spot 17 ATP 合酶 CF1 亚基 ATP synthase alpha subunit spot 18 从 F172 中鉴定出来的有 4 个 包括推定的谷氨酰胺合成酶 putative glutamine synthetase spot 1 叶绿体腺苷酸 激酶 Adenylate kinase chloroplastic spot 3 磷酸丙 糖异构酶 triosephosphate isomerase spot 19 果糖 1 6 二磷酸醛缩酶前体 Fructose 1 6 bisphosphate aldolase precursor spot 13 5 参与细胞生长分化的 3 蛋白中 从 YL6 中鉴定出来 1 个 为生长素结合蛋 白 ABP20 前体 auxin binding protein ABP20 precur sor spot 26 从 F172 中鉴定出来 2 个 为推定的无 机焦磷酸酶 putative inorganic pyrophosphatase spot 4 和生长素结合蛋白 ABP20 前体 spot 20 6 参与 信号转导的 2 个蛋白均来自 F172 分别为 F box 家 族蛋白 F box family protein spot 5 和 22 kD 干旱诱 导蛋白 drought inducible 22 kD protein spot 12 7 参与蛋白加工的 1 个蛋白来自 F172 为 20 S 蛋白酶 体 亚基 20 S proteasome alpha subunit spot 16 8 未知功能蛋白 3 个 其中来自 YL6 的有 1 个 为假定 蛋白 hypothetical protein spot 1 来自F172的有2个 为假定蛋白 hypothetical protein spots 8 and 9 3 讨论 植物在遭受逆境胁迫后往往会诱导一些蛋白质 的合成也会使一些蛋白合成受阻或被降解 因而分 析胁迫前后蛋白点的变化有望从蛋白水平上了解植 物的抗逆机制 19 26 本研究利用蛋白质组学技术研 究了干旱胁迫过程中不同抗旱性的甘蔗品种蛋白质 组的变化 双向电泳分析结果表明 抗旱性弱的品 种 YL6 在干旱胁迫处理后所分离到的差异蛋白以下 调表达为主 而抗旱性强的品种 F172 在干旱胁迫处 理后所分离到的差异蛋白以上调表达为主 从 YL6 和 F172 甘蔗品种中成功鉴定了 32 个干旱响应相关 的差异蛋白 涉及自由基清除 光合作用 细胞生 长和分裂 新陈代谢 防卫保护 蛋白加工 信号转 导等过程 还有部分获得的蛋白是未知的假定蛋白 本研究中 在重度干旱胁迫下 抗旱性不同的 2 个甘蔗品种均有蛋白质表达丰度的下调 如 YL6 的 Rubisco 亚基 spot 27 二磷酸核酮糖羧化酶 spot 14 铜 锌超氧化物歧化酶 Cu Zn SOD spot 15 蛋 白 铁氧还原蛋白 spot 25 铁氧还蛋白 NADP 氧 化还原酶复合体晶体结构 A 链 spot 28 ATP 合酶 亚基 spot 9 蛋白 核苷二磷酸激酶蛋白 spot 7 类 异黄酮还原酶 spot 19 一级热激蛋白 spot 2 以及 F 172 的乙二醛酶 spot 11 等 同时 抗旱性弱的品种 YL6 中下调的蛋白质种类和数量均明显多于抗旱性 强的品种 F172 而且还出现多个新的蛋白点 在 F172 中 没有检测到任何新的蛋白点 且参与光合 作用的相关蛋白放氧增强蛋白 spot 6 和系统 II 蛋白 spot 15 参与代谢的相关蛋白果糖 1 6 二磷酸醛 缩酶前体 spot 13 和磷酸丙糖异构酶 spot 19 腺苷 酸激酶蛋白 spot 3 谷氨酰胺合成酶 spot1 蛋白 细胞生长和分裂相关蛋白无机焦磷酸酶 spot 4 和生 长素结合蛋白 ABP20 前体 spot 20 蛋白 参与蛋白 加工相关蛋白 20S 蛋白酶体 亚基 spot 16 参与信 号转导相关蛋白 Drought inducible 22 kD protein 的 表达丰度均上调 相比较而言 YL6 中检出的 18 个 蛋白只有参与代谢的相关蛋白 ATP 合酶 CF1 亚基 spot 18 蛋白 谷氨酰胺合成酶 spot 17 以及细胞生 长和分裂相关蛋白生长素结合蛋白ABP20前体 spot 26 出现上调 由此可见 重度干旱胁迫对抗旱性弱 的甘蔗品种 YL6 的伤害程度远大于抗寒性强的甘蔗 品种 F172 这在蛋白质水平上得到充分表现 其中 绝大部分功能蛋白的表达丰度明显降低 推测正是 这不可避免地降低了甘蔗品种光合作用和清除氧自 由基的能力 27 31 进而严重影响甘蔗体内新陈代谢 的正常进行和对干旱胁迫的防卫功能 32 35 20S 蛋白酶体是一种不依赖 ATP 及泛素的蛋白 第9期 DO Thanh Trung 等 甘蔗与抗旱性相关差异蛋白质组分析 1345 酶 由 和 这两种亚基构成 它是 26S 蛋白酶体 中的 20S 催化颗粒 是蛋白酶体的重要组成部分 在基因转录 细胞周期调节 蛋白质降解等各种细 胞生理过程中具有重要作用 36 37 也有研究表明蛋 白酶体 亚基表达量上调 能有效减轻水稻镉胁迫 下细胞内各种异常的或受损的蛋白质积累 38 39 从 而增强水稻耐镉能力 本研究中 在干旱胁迫的条 件下 抗旱性强的甘蔗品种 F172 中 20S 蛋白酶体 亚基 spot 16 和 Drought inducible 22 kD protein 均上 调表达 推测蛋白酶体的增加有利于清除在干旱胁 迫条件下产生的非正常蛋白 从而增强甘蔗对低温 胁迫的适应能力 22 kD 干旱诱导蛋白是 ASR 中的 一员 Sugiharto 等 40 发现维管束鞘细胞中的 Sodip22 在甘蔗应答干旱胁迫的信号传递过程中起到重要作 用 这一过程受脱落酸的调节 Desclos 等 41 发现油 菜干旱诱导的 22 kD 蛋白同时具有水溶性叶绿素结 合蛋白活性和胰蛋白酶抑制剂活性 它能通过保持 蛋白的完整性和正常的光合作用保护油菜幼嫩组织 不受逆境的影响 在本研究中 抗旱性强的甘蔗品 种 F172 中 Drought inducible 22 kD protein 的相对丰 度高于抗旱性弱的甘蔗品种 YL6 且在干旱胁迫后 此蛋白在F172中上调表达而在YL6中下调表达 这 与我们以前用 PEG 6000 胁迫处理甘蔗所获得的结 果是一致的 4 综上所述 在干旱胁迫下 抗旱性强的甘蔗品 种 F172 叶片中与光合作用 自由基清除 新陈代谢 细胞生长和分裂 防卫反应 蛋白加工 信号转导 等相关的蛋白主要表现为上调表达 而抗旱性弱的 甘蔗品种 YL6 中大多表现为下调表达 这可能是他 们之间抗旱性差异的重要分子基础 可作为甘蔗抗 旱分子育种的重要参考 4 结论 抗旱性强的甘蔗品种 F172 叶片中与光合作用 自由基清除 新陈代谢 细胞生长和分裂 防卫反 应 蛋白加工 信号转导等相关的蛋白主要表现为 上调表达 而抗旱性弱的甘蔗品种 YL6 中大多表现 为下调表达 References 1 Li Y R Yang L T Sugarcane agriculture and sugar industry in China Sugar Tech 2015 17 1 8 2 Wasinger V C Cordwell S J Cerpa Poljak A Yan J X Gooley A A Wilkins M R Duncan M W Harris R Williams K L Humphery Smith I Progress with gene product mapping of the Mollicutes ycoplasma genitalium Electrophoresis 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2012 in Chinese with English abstract 8 谢晓娜 宿根矮化病菌的分离培养 抗体的制备及其对甘蔗防 御酶活性和蛋白质表达的影响 广西大学博士学位论文 广 西南宁 2014 Xie X N Isolation and Preparation of Antiserum Against the Pathogen of Sugarcane Ratoon Stunting Disease and the Effects of the Pathogen on Defensive Enzymes Activity and Proteome in Sugarcane PhD Dissertation of Guangxi University Nanning China 2014 in Chinese with English abstract 9 Salekdeh G H Siopongco J Wade L J Ghareyazie B Benett J Proteomic analysis of rice leaves during drought stress and re covery Proteomics 2002 2 1131 1145 10 Demirevska K Zasheva D Dimitrov R Simova Stoilova L Sta menova M Feller U Drought stress effects on rubisco in wheat changes in the rubisco large subunit Acta Physiol Plant 2009 31 1129 1138 11 Xiao X Yang F Zhang S Korpelainen H Li C Physiological and proteomic responses of two contrasting Populus cathayana populations to drought stress Physiol Plant 2009 136 150 168 12 孙存华 杜伟 徐新娜 陈湘玲 张亚红 干旱胁迫对藜叶片 干旱诱导蛋白的影响 干旱地区研究 2009 26 372 376 Sun C H Du W Xu X N Chen X L Zhang Y H Effect of drought stress on drought induced protein in leaves of Cheno podium album L Arid Zone Res 2009 26 372 376 in Chinese with English abstract 13 Su Y C Xu L P Wang Z Q Peng Q Yang Y T Chen Y Que Y X Comparative proteomics reveals that central metabolism changes are associated with resistance against Sporisorium scitamineum in sugarcane BMC Genom 2016 17 800 14 章玉婷 周德群 苏源 余萍 周晓罡 姚春馨 干旱胁迫条 件下马铃薯耐旱品种宁蒗 182 叶片蛋白质组学分析 遗传 2013 35 666 672 1346 作 物 学 报 第 43 卷 Zhang Y T Zhou D Q Su Y Yu P Zhou X G Yao C Q Proteome analysis of potato drought resistance variety in Ninglang 182 leaves under drough stress Hereditas Beijing 2013 35 666 672 in Chinese with English abstract 15 韦汉文 黄有总 方良宝 陈超君 韩世健 陆国盈 余勇 冉 思贵 引进甘蔗新品种对干旱胁迫的生理响应及抗旱性评判 广西蔗糖 2010 1 7 11 Wei H W Huang Y Z Fang L B Chen C J Han S J Lu G Y Yu Y Ran S G Physiological responses of introduced sugarcane varie ties to drought stress and evaluation of drought resistance Guangxi Sugarcane Canesugar 2010 1 7 11 in Chinese with English abstract 16 檀小辉 廖洁 刘铭 牛俊奇 杨丽涛 李杨瑞 王爱勤 广西 28 个区试甘蔗品种抗旱性分析 安徽农业科学 2011 39 12687 12690 Tan X H Liao J Liu M Niu J Q Yang L T Li Y R Wang A Q Analysis of drought resistance of 28 sugarcane varieties in re gional trials of Guangxi J Anhui Agric Sci 2011 39 12687 12690 in Chinese with English abstract 17 朱理环 邢永秀 杨丽涛 李杨瑞 杨荣仲 莫磊兴 干旱胁 迫对苗期甘蔗叶片水分和叶绿素荧光参数的影响 安徽农业 科学 2010 38 12570 12573 Zhu L H Xing Y X Yang L T Li Y R Yang R Z Mo L X Effects of water stress on leaf water and chlorophyll fluorescence pa rameters of sugarcane seedling J Anhui Agric Sci 2010 38 12570 12573 in Chinese with English abstract 18 Bradford M M A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of pro tein dye binding Anal Biochem 1976 72 248 254 19 Hashimoto M Komatsu S Proteomics analysis of rice seedling during cold stress Proteomics 2007 7 1293 1302 20 Kjellsen T D Shiryaeva L Schr der W P Strimbeck G R Pro teomics of extreme freezing tolerance in Siberian spruce Picea obovata J Proteomics 2010 73