番木瓜果实成熟差异蛋白质组学研究及UBI基因克隆分析

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:xiaoyun1986
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番木瓜是番木瓜科(Caricaceae)番木瓜属(Carica L.)的多年生草本植物。作为典型的呼吸跃变型果实,番木瓜因采后迅速软化腐烂导致的损失制约了番木瓜产业的发展。目前,对番木瓜果实成熟机理的研究主要集中在生理水平及转基因方面,对番木瓜果实发育成熟过程的蛋白质组学的研究尚在起步阶段。本研究以0.5μL/L乙烯利和1μL/L的1-MCP处理的番木瓜果实作为研究材料,对番木瓜果实的差异蛋白质组学和UBI家族基因在果实成熟过程中的功能进行探究。从基因和蛋白水平研究乙烯和1-MCP调控番木瓜果实成熟的过程,可以更加全面的了解果实成熟的分子机制,且对果实贮藏保鲜技术的研发具有重要的指导意义。本研究主要结果如下:(1)乙烯利和1-MCP处理后的番木瓜果实,其果皮颜色、硬度、果实的丙二醛含量、过氧化物酶活性以及可溶性蛋白含量在处理后12h到24h之间表现出差异,而可溶性固形物在处理后的变化不明显,说明番木瓜果实的中糖、维生素、番木瓜碱等营养成分含量可能在绿熟期就已达到高峰。(2)采用酚抽提取法和iTRAQ技术对处理后24h的果肉蛋白进行提取鉴定。总共得到二级图谱数为217907,匹配到的谱图数为16957张,其中匹配到特有的肽段的谱图数量是8842张,鉴定到的肽段数及特有肽段序列分别为6582和3853,其中鉴定到3048种蛋白质。通过对番木瓜果实iTRAQ技术蛋白质谱表达分析:三个处理中总共得到192种差异蛋白,其中上调蛋白有79种,下调蛋白有113种。其中乙烯/CK上调蛋白49个,下调蛋白73个,1-MCP/CK上调蛋白30个,下调蛋白40个。(3)乙烯/CK和1-MCP/CK的差异蛋白共同参与的显著富集代谢途径是基本代谢途径与糖酵解和糖异生途径,其中乙烯/CK代谢途径涉及55种蛋白,占差异蛋白总数的51.89%,1-MCP/CK涉及38种蛋白,占差异蛋白总数的62.3%:糖酵解和糖异生途径乙烯/CK涉及14种蛋白,占差异蛋白总数的13.21%,1-MCP/CK涉及8种蛋白,占差异蛋白总数的13.11%。(4)通过GO富集分析,得到一些与果实成熟软化相关的关键蛋白,糖类代谢过程中的尿苷二磷酸糖基转移酶、烯醇酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶和α-淀粉酶等,细胞结构相关的蛋白有木葡聚糖内糖基转移酶、α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶和磷脂酶D等,蛋白水解及合成相关蛋白木瓜蛋白酶、蛋白二硫化物歧化酶等,参与胁迫响应与防御相关的蛋白抗坏血酸还原酶、水通道蛋白等,乙烯生物合成相关蛋白蛋氨酸合成酶。(5)选取6个差异蛋白在mRNA的水平上进行验证,得到66.7%的基因表达规律与蛋白质表达规律相一致。其中,α-淀粉酶1、蛋氨酸合成酶、尿苷二磷酸糖基转移酶和半胱氨酸蛋白酶在1-MCP和乙烯处理后的番木瓜果实中表达在转录水平的表达具有相似性。而α-淀粉酶2在乙烯和1-MCP处理中蛋白表达与mRNA水平完全相反,木葡聚糖内糖基转移酶在乙烯处理后的果实中蛋白质水平表现为下调,而转录水平表现为上调,但是在1-MCP处理中,蛋白表达与mRNA表达相一致,均为上调。(6)为探究番木瓜泛素家族成员的序列特征及表达模式,采用RT-PCR克隆出3个泛素基因,其开放阅读框(ORF)分别编码306、308和156个氨基酸,分别命名为CpUBI1、CpUBI2和CpUBI3。序列分析结果表明CpUBI1和CpUBI2含有4个连续的UBQ Superfamily结构域,属于多聚泛素家族基因,CpUBI3有一个UBQ Superfamily和Ribosomal S27a Superfamily结构域,属于S27a泛素延伸蛋白家族基因。采用实时荧光定量PCR研究其在乙烯利、1-MC及清水对照处理后果实中的表达情况,发现CpUBI1和CpUBI2的表达量显著高于CpUBI3,且乙烯利处理的番木瓜果实中三个泛素基因表达量均上调,推测多聚泛素基因受乙烯的诱导增加表达量,从而参与调控番木瓜果实的成熟衰老。
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