论文部分内容阅读
杂种优势利用是提高作物产量的主要途径之一,适宜的小麦杂交组合配置出的杂交小麦不仅在主要农艺性状方面具有很大优势,并且具有增产潜力。利用化学杀雄剂诱导雄性不育配制小麦杂交种,在实际生产中已经取得很大进展。但是,化学杂交剂可能对杂交种发育和萌发,尤其是种子发育阶段,有不利影响。本研究以母本RS53、父本山农22及使用化学杀雄剂SC2011创制的小麦杂交种籽粒为实验材料。常规方法测定小麦种子发芽力及活力;利用iTRAQ方法分析杂交种和其亲本之间种子萌发的差异蛋白,并进行生物信息学分析。本研究分析杂交种种子萌发的特点、萌发机理和所获得差异蛋白质,为将来创制低毒化学杀雄剂、配置适宜小麦杂交组合提供理论依据,优化小麦杂交种萌发性状,推动小麦杂种优势利用具有实际应用价值。主要结果如下:1.种子萌发特征:杂交种根、芽生长明显比亲本缓慢;杂交种根长、芽长小于父本山农22和母本RS53;发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均低于父本山农22和母本RS53。化学杀雄剂施于母本RS53后,可能影响到杂交种籽粒的发育,导致杂交种萌发表现出低生活力。2.基于iTRAQ的蛋白质组学研究表明,在萌发阶段,杂交种与亲本具有1631个差异表达蛋白。与母本RS53相比,杂交种中,上调蛋白质377个,其中功能已知蛋白质212个;下调蛋白质338个,功能已知蛋白质210个。与父本SN22相比,杂交种中,上调蛋白质481个,功能已知蛋白质273个;下调蛋白质435个,功能已知蛋白质285个。3.通过生物信息学分析,GO注释结果:与父本、母本的差异蛋白,杂交种中,参与的生物过程分别有78个和48个;分子功能分别有25个和12个;细胞组成分别有33个和32个。其中,与父本和母本共同的GO条目,在生物过程中是对刺激的反应、对非生物刺激的反应、对无机物质的反应等,在细胞组分中是细胞器组分、细胞周边、质膜;在分子功能中是裂解酶活性、转移酶活性、核酸结合等。4.差异表达蛋白的Pathway分析表明,杂交种与父本SN22的差异蛋白质获得94个通路,主要集中于代谢途径、核糖体、内质网蛋白质加工、淀粉和蔗糖代谢等;杂交种与母本RS53的差异蛋白共获得101个通路,主要集中于代谢途径、核糖体、氧化磷酸化、内质网蛋白质加工、糖酵解、RNA转运。Pathway聚类分析表明,聚类于核糖体的差异蛋白质共26个,分布在IF1、EF-Tu、EF-Ts、A等多个核糖体活性位点;聚类于蛋白酶体的差异蛋白质7个,主要分布于19S调节颗粒。聚类于淀粉和蔗糖代谢通路的差异蛋白质11个。化学杀雄剂配制的小麦杂交种萌发过程中,核糖体蛋白质在组装时出现功能紊乱;淀粉和蔗糖代谢通路中相关酶表达下调,杂交种在萌发过程能量供应不足,导致杂交种与亲本相比发芽力、活力较低;化学杀雄剂对杂交种造成损伤,蛋白酶体相关蛋白质表达上调,对杂交种可能具有修复作用。