雜交鵝掌楸體胚發生體系的比較蛋白質組學研究

《雜交鵝掌楸體胚發生體系的比較蛋白質組學研究》是依託南京林業大學，由陳金慧擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雜交鵝掌楸體胚發生體系的比較蛋白質組學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳金慧
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

體細胞胚胎髮生技術是木本植物快速高效繁殖的重要手段，為進一步提高體胚發生頻率，實現從生理生化水平對體胚發生過程的調控，需要對體胚發生的機理進行深入探討。本研究以高頻發生的雜交鵝掌楸體胚發生體系為材料，以比較蛋白質組學方法研究體胚發生過程中蛋白質的表達規律，即以非胚性細胞、胚性細胞、早期原胚、球形胚、心形胚、魚雷胚、子葉胚、體胚再生植株等為研究材料，通過螢光雙向差顯凝膠電泳技術（DIGE）篩選體胚發育過程中差別表達蛋白，結合差別表達蛋白點的串聯質譜分析和植物蛋白庫和雜交鵝掌楸物種特異的多肽庫進行蛋白質鑑定，以確定與體胚發生緊密相關的蛋白及代謝途徑。並結合Western雜交、RT-PCR技術、生理生化測定和轉基因等手段進行驗證。綜合轉錄組和功能基因組的研究成果揭示體細胞向胚性細胞轉型期、早期原胚形態建成期、體胚成熟及萌發期等幾個關鍵時期細胞的基因和蛋白質的表達變化，推測體胚發生機理。

結題摘要

鵝掌楸作為中國南方區域經濟林和觀賞林的主要樹種，在生態調節、農林經濟發展等過程中發揮重要作用。鵝掌楸體胚再生技術實現了從胚性愈傷、球形胚、魚雷胚到成熟子葉胚等過程的轉變，但關於鵝掌楸體胚發生過程的分子基礎尚沒有報導。 本研究採用iTRAQ蛋白質組學技術和生物信息學方法分析了體胚發生過程每個時期間蛋白質譜的變化，鑑定出體胚發育過程中每個階段之間差異表達的蛋白質，以及每個階段特異表達的蛋白質；同時，分析了高濃度2,4-D與低濃度的2,4-D培養條件下非愈傷組織（NES-1與NES-2）之間的蛋白質譜變化；並分別比較了繼代保持培養基Ⅰ保持胚性愈傷（ES1）與不同濃度2,4-D培養條件下非愈傷組織之間蛋白質譜變化。研究結果顯示體胚發生過程從ES1發育到ES2階段，檢測到189個差異表達蛋白質，互作網路分析發現差異蛋白質主要參與到細胞組織結構，單糖代謝，光呼吸等過程；ES2發育到ES3過程中檢測到209個差異表達蛋白質，其參與的互作網路主要有光刺激，種子萌發，種皮發育，轉錄後基因表達調控，葉綠體融合等；從ES3發育到ES4階段鑑定到240個差異表達蛋白質，蛋白質互作網路分析發現與繁殖器官發育、莖發育、種子萌發、激素應答、物質轉運，及脂類定位等相關的活動參與到這個發育階段；從ES4發育到ES5過程共檢測到197個差異表達蛋白質，主要涉及到莖的發育，染色體組織，線粒體運輸，核糖體發生，蛋白體組裝等代謝活動過程；在ES5發育到ES6過程中檢測到228個差異表達蛋白質，主要涉及到胚後發育，種子脂肪體發生，葉片老化等。非胚性愈傷組織與胚性愈傷組織之間差異表達蛋白主要涉及到細胞器的形成、組織和器官的發育等。從上述分析發現鵝掌楸體胚從胚性愈傷到子葉胚的發育過程是伴隨著各個組織、器官的發育與形成、細胞器的形成，以及與代謝相關調控形成而來的，且每個發育階段代謝活性的出現有較高的關聯度和次序。研究結果清晰顯示出體胚發育過程已經孕育了細胞器、細胞機構、組織、器官的定位和形成，以及各種代謝活動的精細調控途徑。 本項目研究闡述了鵝掌楸體胚發生過程每個階段發育的分子機理，有助於深入理解通過鵝掌楸體胚發生技術實現林木樹種快繁的分子基礎，可以有助於將來進一步提高林木樹種體胚再生效率提高了研究基礎。