水稻14-3-3蛋白介导适度干旱胁迫促进弱势粒灌浆的机制分析

【作者】 张志兴； 赵宏； 张泽凤； 李忠； 李洲； 林文雄；

【机构】 福建农林大学生命科学学院,,农业生态研究所； 福建农林大学生命科学学院,农业生态研究所；

【摘要】 研究背景:大穗型水稻(杂交水稻)灌浆过程中普遍存在着籽粒灌浆差异的问题。一般地说,位于穗上部的强势籽粒开花早,灌浆充实快,粒重高,灌浆稳定;位于穗下部的弱势籽粒开花迟,灌浆起步晚,充实度较差,粒重低,易受环境的调控。弱势籽粒充实差和粒重低不仅限制了水稻产量潜力的发挥,而且严重影响籽粒品质。水稻强弱势粒灌浆差异的这种表观遗传特性不仅与品种的发育遗传特性有关,还与品种所处的栽培环境有关。大量的研究表明,在籽粒灌浆期采取适度干旱胁迫的水分管理措施,即能够提高水分利用效率,又能够显著的促进水稻产量的增加。进一步分析发现,灌浆期适度干旱胁迫处理对强势籽粒灌浆没有影响,但能显著促进弱势籽粒的灌浆。由此可见,水稻的籽粒灌浆是个复杂的生理生态过程,其遗传存在显著的基因与环境的互作效应,同时由于强弱势粒发育存在时空差异,其基因表达及其受环境的调控也有别。但是,至今为止,强弱势籽粒灌浆过程中关键基因对外界栽培调控的不同响应机制未见报道。材料与方法:本研究拟采用定量蛋白组学技术系统的分析弱势籽粒灌浆对干旱胁迫的响应机制,在此基础上,锁定关键的信号蛋白14-3-3蛋白,进一步通过蛋白互作技术分析14-3-3蛋白介导的弱势籽粒灌浆对干旱胁迫的响应机制。结果分析:一共鉴定到了3213个籽粒蛋白,其中267个蛋白响应干旱胁迫出现表达变化,通过GO分析可知,干旱胁迫导致弱势籽粒的代谢过程、细胞过程及环境的响应系统出现变化,并依据生物信息分析认为14-3-3蛋白家族在上述过程中起到了重要的信号调控机制。在此基础上,本研究进一步以14-3-3家族成员中对干旱胁迫响应最敏感的GF14E为诱饵蛋白,通过蛋白互作分析发现GF14E参与调控弱势籽粒的淀粉合成、胚乳细胞分化、抗逆及蛋白合成等关键的代谢途径。同时,通过免疫沉淀技术,证实GF14E和GF14F能够参与调控弱势籽粒淀粉的合成过程。结论:本研究,通过定量蛋白组学并结合蛋白互作分析技术,证实水稻14-3-3家族蛋白GF14E和GF14F在响应适度干旱胁迫促进弱势籽粒灌浆的过程起到了非常重要的信号调控作用。本研究结果可为下一步分子改良弱势籽粒灌浆差的难题提供理论依据。更多还原