《玉米根系應答低磷營養脅迫的磷酸化蛋白質組學分析》是依託山東大學，由李坤朋擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：玉米根系應答低磷營養脅迫的磷酸化蛋白質組學分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李坤朋
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
玉米是重要的糧飼兼用作物，土壤有效磷不足已成為限制其產量的主要因素之一，深入研究玉米根系對低磷脅迫的適應性調控機制具有重要意義。本課題以玉米自交系齊319為材料，通過對其不同低磷處理時間下的根系形態參數和根尖細胞伸長/分裂活性的檢測分析，以及根尖蛋白的磷酸化蛋白質組學分析，觀察隨磷飢餓時間的延長玉米根系形態的改變和根尖蛋白磷酸化水平的動態變化，尋找蛋白磷酸化調節所參與的信號或代謝途徑，探討蛋白磷酸化調節在低磷誘導的玉米根系形態改變中的可能角色，並對差異累積的磷酸化蛋白及其所參與的信號或代謝通路中的關鍵蛋白基因進行表達分析，加深對植物細胞磷飢餓信號轉導系統的了解。此外，將上述結果與實驗室已完成的低磷處理下齊319根系的蛋白質組和轉錄組結果進行整合分析，探討玉米根系如何感知傳遞缺磷信號，加深對玉米根系形態改變與缺磷反應的內在關係的認識。
結題摘要
土壤有效磷不足已成為限制玉米產量的重要因素。由於磷素在土壤中的不均勻分布和低的移動性，根系發育及形態嚴重影響著玉米對土壤磷庫的吸收利用。深入研究玉米根系對低磷環境的適應性調控機制具有重要意義。植物根系發育機制是保守和多樣化的統一。本研究表明，玉米根系對低磷脅迫的回響與擬南芥遭受低磷脅迫時主根受抑制的結果截然不同，其軸生根生長加速，長度明顯增加，這主要是由於低磷誘導其軸生根分生區細胞增殖能力增強的結果，揭示了玉米根系對低磷環境回響的特異性。為進一步了解低磷介導玉米軸生根生長加速的分子機制，我們對低磷處理1、3、7和10天的玉米軸生根根尖片段進行了蛋白質組和磷酸化蛋白質組分析。雙向電泳膠的考馬斯亮蘭染色顯示每個時間點大約檢測到950個蛋白點，其中5.2-8.5%的蛋白點在不同低磷處理時間下表現出明顯的量的差異累積；ProQ DPS磷酸化蛋白特異性螢光染色顯示每個時間點大約檢測到850個蛋白點，其中5.5-6.5%的蛋白點在不同低磷處理時間下表現出明顯的磷酸化強度的改變。通過蛋白質譜共鑑定了91個差異磷酸化蛋白和184個蛋白豐度顯著改變的蛋白，功能分類分析表明它們分別涉及多個功能種類，包括大量碳代謝和信號轉導相關蛋白。以參與蔗糖降解及下游碳代謝途徑為代表的大量酶發生了顯著的磷酸化修飾調控和/或蛋白累積豐度的改變，意味著這些酶可能參與了低磷介導的玉米軸生根碳代謝流向的改變。以蔗糖合成酶2為代表的磷酸化修飾強度的動態變化也揭示了蛋白磷酸化可逆修飾在調控玉米根系低磷脅迫回響中發揮重要作用。低磷處理過程中參與信號轉導的部分蛋白激酶和磷酸酶、生長素受體ABP1、活性細胞分裂素分子轉化蛋白beta-glucosidase等也在蛋白豐度和/或磷酸化修飾水平上發生了顯著的動態調控。上述結果揭示了碳代謝調控、糖信號及多個激素信號等協同參與了低磷介導的玉米軸生根細胞增殖調控，進而導致了玉米軸生根生長發育的改變。上述結果加深了我們對玉米根系磷效率調控機制的認識，為進一步研究磷飢餓回響基因在植物磷營養中的功能提供了重要資料，為擬訂玉米耐低磷基因工程實驗方案提供了思路和目標，有助於解決我國乃至世界磷資源匱乏和磷肥利用效率不高等問題。
