小麦胚乳蛋白体发育、空间分布及其与加工品质形成的关系

Wheat grain processing quality depends on the composition and contents in endosperm storage protein, while storage proteins are deposited in protein bodies in the wheat endosperm cells; therefore, the development status of protein bodies affects remarkably grain processing quality. In our previous studies we found there existed significant differences in the development of protein bodies, spatial distribution and the accumulation of storage protein in wheat cultivars with different quality, but little information is available on the mechanism resulting in these differences and their relationships with processing quality formation..Using electron microscopy, immunocytochemistry, 15N isotope labeling and grain layering technology, combining transcriptome and proteome analysis, the wheat cultivars with remarkable different protein contents in this project will be chosen to conduct researches as follows: (1) the differences of development of protein body in different space of endosperm; (2) the differences in storage protein and the expressions of protein synthetic gene in different space of endosperm; (3) Effect of nitrogen on protein body formation, spatial distribution and protein synthesis genes; (4) the relationship of development and spatial distribution of protein bodies with processing quality formation. These researches in the project have good basis, and the contents and methods are innovative, the results will further deepen the mechanism of wheat grain quality formation and provide a scientific basis for improvement of processing quality and utilization of high-quality wheat flour for different end-use.

小麦籽粒加工品质取决于胚乳贮藏蛋白的组成和含量，而贮藏蛋白是以蛋白体的形式存在于胚乳细胞中的，小麦胚乳蛋白体的发育状况决定籽粒加工品质。我们在前期工作中发现：不同品质的小麦胚乳蛋白体的发育、空间分布和贮藏蛋白积累存在显著差异，但造成这种差异的机制及其与加工品质形成的关系还不清楚。.本项目拟以蛋白质含量显著差异的小麦品种为材料，精确标记颖花开花时间，运用电子显微镜观察、免疫细胞化学、15N同位素标记、籽粒分区等技术，结合转录组和蛋白质组学分析，着重研究：(1)胚乳蛋白体发育在不同空间的差异；（2）胚乳不同部位贮藏蛋白及其合成相关基因表达的差异；（3）氮对胚乳蛋白体形成、空间分布及贮藏蛋白合成相关基因的调控；（4）胚乳蛋白体的发育、空间分布与加工品质形成的关系。该项目研究有基础，研究内容和方法有新意，研究结果将进一步深化小麦籽粒品质形成机理，为小麦籽粒加工品质的改良与优质面粉的开发提供依据。

小麦胚乳贮藏蛋白以蛋白体的形式在胚乳细胞中积累，胚乳蛋白体的发育状况决定贮藏蛋白的组成和含量，从而影响籽粒的加工品质。本项目以高、低蛋白质含量的小麦品种为材料，采取空间分层技术、光镜和电镜观察并结合转录组测序和蛋白质组学分析，着重研究了小麦胚乳蛋白体发育、空间分布及其对氮素和干旱胁迫的响应机制，取得了以下重要和新颖的结果：.1.探明了小麦胚乳蛋白体发育、空间分布及对氮素响应.（1）小麦胚乳蛋白体在早期主要通过蛋白质贮藏液泡形成，而在后期主要通过粗糙内质网衍生形成。.（2）胚乳不同部位蛋白体的数量、类型不同，亚糊粉层贮藏蛋白数量最多;外层胚乳贮藏蛋白主要是低分子量谷蛋白亚基, 内层胚乳贮藏蛋白主要是高分子量谷蛋白亚基和醇溶蛋白。.(3)施氮显著提高了胚乳细胞中蛋白体的积累量和集聚方式。.(4)不同小麦品种和不同胚乳部位蛋白体积累对氮素的响应不同，具体表现为强筋小麦>弱筋小麦，背部胚乳>腹部胚乳。.2.探明了施氮对小麦胚乳贮藏蛋白的合成、组分及加工品质的影响.(1)施氮条件下，花后7天和18天小麦胚乳分别有3483和3084个差异表达转录本及169和154个差异表达蛋白。.(2)醇溶蛋白、高分子量谷蛋白亚基、低分子量谷蛋白亚基在施氮后上调。.(3)孕穗期施氮提高了小麦面筋含量、吸水率、稳定时间和弹性等加工品质指标。.3.初步探明了干旱胁迫下小麦颖果miRNA的表达特征及其调控胚乳蛋白质积累。干旱胁迫下颖果中有4个差异表达的miRNA对应的靶基因可能参与了贮藏蛋白合成的调控。.4.创建了3种研究方法：.（1）一种分析小麦胚乳蛋白体空间分布规律的方法.（2）一种分离小麦鲜样颖果不同空间部位的方法.（3）一种测量淀粉相对结晶度的方法.以上结果不仅深化了小麦籽粒品质形成机理的研究，而且为小麦籽粒加工品质的改良与优质面粉的开发提供了理论依据。.本项目完成了预期目标和任务。发表学术论文10篇，其中被SCI收录6篇；获国家授权发明专利3项；培养博士后3人，博士生4人，硕士生6人；参加学术会议10次。