赤霉素促进梨果实库强的转录组学和蛋白质组学研究

申请人研究发现，在梨果实细胞膨大前期使用赤霉素(GA)可以显著增强果实库强和促进同化物向果实的分配，从而增大果实和提高品质。但是，对于梨果实如何接受并传递GA信号刺激，以及GA作用于哪些靶点基因并最终引起生理反应目前并不清楚。本研究拟采用高通量测序技术和蛋白质组学技术，对GA引起的果实库强变化进行转录组学和蛋白质组学研究，探索GA在促进果实库强过程中基因的表达和功能蛋白质的变化，找出与GA处理相关联的关键靶基因和蛋白质，并且阐明它们的相应功能，最终构建GA调节梨果实发育的信号传递网络。本研究成果对充实GA在植物发育中的信号转导和作物高效优质生产的源库理论，及推动蔷薇科植物中糖的运输、卸载和代谢研究具有重要意义。为将来开展分子育种和果树栽培新技术及提高作物产量提供充分的理论依据

本研究以砂梨品种翠冠（pyrus pyrifolia nakai cv. Cui guan）为研究对象，通过对果实膨大前期受赤霉素诱导的果实发育的转录组学、蛋白组学及生物信息学系统的研究，解明赤霉素促进梨果实库强的作用机制。.1.转录组学：本研究使用Illumina测序平台和454焦磷酸测序平台首次拼接获得砂梨的转录组序列。试材为梨果实膨大前期的果肉及果心组织，通过深度测序获得5.38G的clean reads拼接获得37649条unigens平均长度为697bp。其中28529条ungenes(76%)获得了有生物学意义的注释。在此基础之上，构建了12个数字基因表达谱文库涉及果实膨大前期、果实膨大中期和成熟期，获得3603条受赤霉素诱导转录水平发生显著性变化的基因，其中412条表达发生显著性上调，489条表达发生显著性下调。富集分析表明赤霉素处理影响了植物激素水平(GO:0010817）、细胞单维生长（GO:0009826）等，涉及的代谢通路包括在维管束中的囊泡运输途径（ko04130）、泛素介导的蛋白水解作用(ko04120)等。S-腺苷-甲基转移酶的活性增加说明赤霉素诱导还涉及表观遗传学修饰。.2.蛋白质组学：获得了2320个差异表达的蛋白点，在果肉和果芯中分别有95个和36个蛋白点发生了显著性差异。对差异表达的115个差异蛋白进行生物质谱鉴定，其中66个差异蛋白点获得有效的注释信息并按照其生物学功能分为九组进行分析，这些差异蛋白主要涉及胁迫应答，信号转导，表达调控和表观遗传学修饰，转导、运输与离子通道和细胞分裂与细胞壁修饰。值得注意的是有七个高表达的蛋白涉及的赤霉素诱导下的信号转导及清除活性氧（ROS）相关通路。通过QPCR检测了部分差异表达的蛋白在转录水平的表达量并测定了赤霉素处理后果肉及果芯组织中的活性氧水平的变化，两者结果均与蛋白质组结果相互印证。.3.生物信息学分析：部分差异表达基因与蛋白参与调控果糖和甘露糖代谢途径（ko00051）、糖酵解/糖异生途径（ko00010）、泛素介导的蛋白水解作用途径(ko04120)和过氧化物酶体途径（ko04146）等。经过综合分析，对梨果实膨大和增大库强具有重要调控作用的内源因子主要有：植物激素信号转导途径（ko04075）、淀粉和蔗糖代谢途径（ko00500）、细胞周期途径（ko04110）。