小麦苗期盐胁迫相关转录组表达谱及蛋白质乙酰化和琥珀酰化修饰研究

小麦苗期盐胁迫相关转录组表达谱及蛋白质乙酰化和琥珀酰化修饰研究小麦是我国第二大口粮作物,其产量和品质与国家粮食安全和人民生活水平息息相关。盐胁迫是小麦生产的主要限制因素之一,在转录和翻译水平上严重影响了小麦的光合作用、呼吸代谢、水分状况和各种酶的变化等生理生化过程。因此在分子水平上阐明小麦对盐胁迫的响应机理,鉴定耐盐关键基因,分析相关蛋白的修饰水平,对小麦抗逆育种具有重要的意义。试验以耐盐小麦品种青麦6号和盐敏感材料中国春为材料,对人工生长箱培养1周的小麦幼苗进行盐胁迫处理,利用Illumina测序平台对盐胁迫前后6、12、24和48h的小麦根系进行高通量测序,利用生物信息学方法对测序结果进行系统对比研究,并对部分同源基因响应盐胁迫时的差异表达进行了分析。同时,我们利用LC-MS/MS联用分析技术和生物信息学方法分析小麦乙酰化和琥珀酰化蛋白质参与调控的生理进程进行了研究。主要结果如下：1.从全基因组水平上研究了小麦根系响应盐胁迫的基因表达模式,鉴定到36804个差异表达基因,青麦6号和中国春盐胁迫前后基因表达存在显著差异。处理前青麦6号和中国春大约55.4%和50.1%的部分同源基因之间差异表达,而盐胁迫后其比例上升到62.6%和59.9%,其差异表达模式通过实时定量PCR得到了验证。通过分析盐胁迫后的上调表达的基因发现6h和12h盐胁迫处理后青麦6号上调基因数目少于中国春,但48h后显著高于中国春,下调表达基因的表达规律正好相反。基因GO富集分析显示,青麦6号在"cellgrowth"、"responsetoABAstimulus"、"potassiumiontransport"、"establishmentoflocalization"和"responsetosaltstress"等代谢途径显著富集,而中国春在“celldeath”、"jasmonicacidbiosyntheticprocess"等代谢途径富集显著。2.利用结构域搜索的方法,在小麦基因组中注释到3718个转录因子基因,分布在51个基因家族,其中1583个在盐胁迫下表现出显著差异表达。胁迫响应转录因子在不同家族中分布不均衡,差异表达转录因子最多的7个家族(Myb、bZIP、bHLH、NAC、C2H2、AP2/ERF和WRKY)占所有差异表达转录因子总数的47%。表达模式聚类分析显示,差异表达的转录因子可以聚类到两个群,分为20种不同的表达模式。其中第8群和第9群(160个转录因子)中,青麦6号盐响应转录因子表达丰度高于中国春。3.利用生物信息学方法,将小麦根系盐胁迫响应基因定位到IWGSC发布小麦参考基因组上,发现其在染色体上的分布并不是随机排列的,而是很多盐胁迫相关基因成簇分布。通过预测,我们一共鉴定到142个盐胁迫基因基因簇,并且发现它们在A、B、D部分同源群上部分不均匀,其中D基因组(57)中比A(36)和B(49)具有更高的盐响应热点。另外通过基因注释发现,同一基因簇中的串联基因编码相类似的蛋白,但是其响应模式具有明显差异,表明复制是导致盐响应的热点区形成的原因之一,但其功能可能发生了分化。4.对小麦赖氨酸乙酰化和琥珀酰化之间的重叠进行第一个全面分析,发现在277个蛋白质中有416个特异的乙酰化修饰位点,在173个蛋白中有330个特异的琥珀酰化修饰位点。根据GO注释、KEGG途径和结构域富集结果进行综合分析,表明小麦的乙酰化和琥珀酰化修饰作用可以对细胞内的各种代谢途径与过程进行调节与控制。试验结果还表明有26个参与光合作用和卡尔文循环的蛋白质发生了这2种赖氨酸酰化修饰,21个琥珀酰赖氨酸位点有相同的乙酰化位点,33个蛋白的乙酰化和琥珀酰化发生变性,占琥珀酰化的蛋白质的7.9%,表明小麦琥珀酰化和乙酰化之间存在重叠。这33种蛋白中的7种酶参与