玉米花丝花粉互作的转录组及蛋白质组分析

• 作 者: 李松
• 机 构: 山东农业大学
• 出 处: 山东农业大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 玉米 花丝花粉互作 转录组 蛋白质组 双向电泳

玉米(Zea mays L.)授粉后花粉与花丝互作(pollen-silk interaction)是玉米生殖发育的重要过程。在此期间,花粉与花丝的细胞结构、组分及相关基因的表达均发生显著的连续变化。然而,目前玉米的遗传转化周期较长,基因功能注释尚不完善,突变体尤其是影响花粉-花丝互作的突变体资源十分缺乏,这极大地制约了玉米花粉-花丝互作过程分子机理的研究。因此利用比较组学研究花粉与花丝互作过程,对于揭示花丝与花粉的互作机理,特别是花丝对于花粉管的识别、花粉管发育的促进、供养及引导过程具有重要的意义。本文以玉米自交系B73为材料,观察了玉米花粉管的萌发过程,比较了未授粉花丝及自交授粉后花丝转录组的差异和蛋白质组的差异。结果表明：1.花粉管萌发实验表明,授粉后1小时是花粉管萌发的高峰期,此后花粉的萌发率急剧下降,所以我们把此时刻定义为花粉管萌发期。授粉后5小时,此时花粉管的延伸速率到达最高(1.8957 cm/h),大部分已萌发花粉的花粉管都处于延伸阶段,而且此时没有花粉处于萌发阶段,所以我们把授粉后5小时定义为花粉管的延伸阶段。授粉后20小时,有32%的花粉管到达了胚囊,此时玉米的雌雄配子已经开始了双受精过程。2.与未授粉花丝的转录组相比,授粉1小时后出现了1485个表达量上调大于2倍的转录本,367个表达量下调大于2倍的转录本；与授粉1小时花丝的转录组相比,在授粉5小时后出现了313个表达量上调大于2倍的转录本,17个表达量下调大于2倍的转录本。功能显著性富集分析表明,差异转录本集中于细胞质中,具有细胞壁合成、防御／抗胁迫,催化活性转移酶活性,脂质结合活性等功能,参与光和作用等过程。Pathway显著性富集分析表明：主要参与的生化反应途径有光合作用-天线蛋白的代谢,精氨酸和脯氨酸代谢,氨基糖和核苷酸糖代谢,剪接复合体等途径。3.未授粉、授粉后1小时及授粉后5小时的这三个时期的花丝蛋白质组相比较发现,共有37个蛋白质点在三个时期中表达量发生连续的大于2倍的变化,且通过MALDI-TOF-MS质谱测序和MASCOT序列分析进行了注释；功能分类表明,差异蛋白质分别参与细胞壁合成、防御／抗胁迫、代谢途径、转录等细胞过程,这与转录组的结果基本一致。4.转录组与蛋白质组的同源比对分析表明,有12个差异蛋白质点的基因的表达模式趋同,其余差异蛋白质点在转录组表达谱均出现,虽然大部分的表达量较高但差异不显著。这些差异转录本/蛋白被定义为花丝花粉互作的候选基因。综上,本文从转录组与蛋白质组两个角度分析了玉米授粉后花粉与花丝基因表达的连续变化,发现授粉后不同时期基因的特异表达模式,为揭示花丝与花粉的互作机理奠定了基础。