春大豆种子田间劣变性和劣变抗性的差异蛋白质组学研究

【目的】南方春大豆种子在生理成熟(R6或R7期)过程中易受高温高湿胁迫影响常会发生种子田间劣变,已经严重制约了中国南方春大豆生产和应用的发展。应用比较蛋白质组学技术,在蛋白表达水平上揭示高温高湿下南方春大豆种子田间劣变性和劣变抗性的机制,为遗传育种改良和新品种选育奠定种质基础。【方法】利用抗种子田间劣变种质湘豆3号和不抗种质宁镇1号为材料,在种子发育到生理成熟期时模拟田间高温高湿胁迫处理,运用双向电泳(2-DE)和MALDI-TOF/TOF鉴定技术研究春大豆种子蛋白质表达谱的变化。【结果】高温高湿胁迫处理和对照条件下(1、5、10、16和24 h),湘豆3号和宁镇1号大豆种子可溶性蛋白的每张2-DE重复胶上都可以检测到700多个可重复蛋白点,50个蛋白质点在处理与对照之间表达量上存在显著差异。其中有33个差异蛋白点经质谱分析成功鉴定;功能分类表明,这些成功鉴定的差异蛋白分别涉及细胞修复及防御(9%)、氧化还原平衡(12%)、蛋白合成(3%)、能量代谢(15%)、转运过程(15%)以及贮藏蛋白(31%)等代谢途径和细胞过程。此外,还有5个差异蛋白为未知功能蛋白。【结论】高温高湿胁迫下,抗性种质湘豆3号较不抗种质宁镇1号具有较强的抗氧化和细胞修复及防御能力,可能是其具有较强的抗种子田间劣变性的关键原因。

生理成熟期高温高湿胁迫对春大豆种子生理特性及种子劣变相关基因GmSbh1表达的影响

以种子田间劣变抗性品种"湘豆3号"和不抗品种"宁镇1号"春大豆为试材,研究了生理成熟期高温高湿胁迫[T:40±2℃/30±2℃、RH 95±5%/70±5%、10 h/14 h(昼/夜),CK:30±2℃/20±2℃、RH 75±5%/70±5%、10 h/14 h(昼/夜)]1、5、10、16、24、48、96和168h对种子萌发、膜脂过氧化、渗透调节物质(脯氨酸和可溶性糖)含量、细胞膜保护酶系(SOD、POD、CAT)活性以及种子劣变相关基因Gm Sbh1表达的影响。结果表明:高温高湿胁迫后,发芽势和发芽率呈下降趋势,短时间胁迫(<10 h)下降不明显,胁迫24 h后下降显著,各胁迫时间点,不抗品种下降的幅度大于抗性品种;种子细胞膜透性增加,发生膜脂过氧化作用,胁迫5 h后膜脂过氧化作用加剧;相同胁迫时间下,"湘豆3号"的膜脂过氧化程度显著小于"宁镇1号";种子中的脯氨酸(Pro)和可溶性糖含量明显增加,处理显著高于对照;各胁迫时间点,与对照相比,"湘豆3号"的Pro含量上升的幅度显著高于"宁镇1号",可溶性糖含量上升的幅度两品种间差异不明显;随胁迫时间的延长,处理组细胞膜保护酶系活性先升高后降低,对照组酶活性变化不大,各胁迫时间点处理显著高于对照;与对照相比,胁迫后"湘豆3号"种子的酶活性升高幅度大于"宁镇1号",且"湘豆3号"在胁迫后维持高水平酶活性的时间长于"宁镇1号";"宁镇1号"种子劣变相关基因Gm Sbh1呈上调表达趋势,"湘豆3号"呈下调表达趋势。由此认为,春大豆种子田间劣变抗性的生理与分子机制可能与细胞膜透性增加、膜脂过氧化作用加剧、渗透调节物质含量增加、抗氧化酶活性降低及种子田间劣变抗性相关基因Gm Sbh1的差异表达有关。