《楊樹種子迅速萌發的機理研究》是張紅為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：楊樹種子迅速萌發的機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張紅
- 依託單位：中國科學院植物研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
種子萌發是一個非常複雜的過程，到目前為止，種子萌發的關鍵事件仍然不清楚。楊樹種子在20 C下吸脹2 h的萌發率達21%，是研究木本植物種子萌發機制的理想模式材料。本項目以成熟的楊樹種子為材料，集成細胞學、生理學、分子生物學和蛋白質組學的技術，研究與楊樹種子迅速萌發有關的 (1) 形態特徵和細胞/亞細胞結構；(2) 種子的萌發活性；(3) 種子萌發過程中ABA和GA的含量及其生物合成與降解關鍵基因的表達；(4) 乾種子的蛋白質組圖譜，種子萌發進程的差異蛋白質組，轉錄抑制劑和蛋白合成抑制劑處理影響的蛋白質組；以及 (5) 與種子迅速萌發相關的重要功能基因的表達。項目組在種子萌發、ABA和GA含量及其生物合成與降解關鍵基因的表達以及種子蛋白質組等研究方面具有良好的前期工作基礎。本項目的研究將為解釋植物生物學和林學中的基本問題胚怎樣突破周圍結構完成萌發提供新的知識與新技術。
結題摘要
種子活力是一個複雜的概念，決定了種子的快速統一的萌發和隨後的生長。然而，在種子活力變化的機制知之甚少。楊樹（Populus×canadensis Moench）種子是一種短命種子，存儲在30℃和75±5%相對濕度的條件下，不同時期（0–90天）獲得不同活力種子（從95%到發芽率0 %）。隨著種子活力降低，發芽種子的呼吸速率明顯下降，種子的相對電導率明顯增加，種子萌發溫度範圍變小。共發現81個蛋白點豐度顯著變化（≥1.5倍，P＜0.05）時，比較不同時間處理的蛋白質組，所識別的65種蛋白質，大部分屬於代謝組（23%），蛋白質合成和降解（22%），能量（18%），細胞防禦和救援（17%），和儲藏蛋白（5%）。這些蛋白質占所有確定的蛋白質的95%。在種子老化過程中，53個和6個確定的蛋白質分別不斷增加和減少豐度，這些蛋白質的功能是能量代謝、蛋白質的合成和降解、細胞防禦和救援、儲藏蛋白質和細胞的生長和結構。這些數據表明，種子活力下降（老化）是一個能量依賴的過程，需要蛋白質合成和降解以及細胞防禦。種子萌發是受多種遺傳、內在與外在環境因素影響的複雜性狀。種子萌發的分子機制尚不完全清楚。在10，15和20℃黑暗中，楊樹種子迅速發芽，種子達到50%的發芽率的時間是22、4.5和3.5 h。在本研究中，成熟的楊樹種子被用來作為一個模型，去研究用水、ABA和CHX處理種子的蛋白質組差異。共有109個蛋白點發生了顯著的變化（≥1.5倍，P＜0.05）。大多數的蛋白質功能是細胞防禦和救援（21%），儲藏蛋白（20%），蛋白質的合成和降解（18%），代謝（17%），能量（13%），以及轉錄和RNA代謝（6%）。種子的萌發與參與胺基酸和脂質代謝、TCA循環和磷酸戊糖途徑、蛋白質合成和降解、儲藏蛋白降解、細胞防禦和救援的蛋白質增加密切相關。ABA和CHX抑制楊樹種子萌發，通過降低相關蛋白質豐度。楊樹種子發芽是一個能量依賴的主動過程，包括胺基酸的活化，蛋白合成、儲藏蛋白降解、蛋白摺疊以及細胞防禦和救援。
