水稻柱头与花粉识别机理的蛋白质组学研究

柱头对花粉的识别是植物完成有性生殖的关键环节之一。开展粮食作物特别是水稻授粉过程细胞识别机理的研究对于保证国家粮食安全、促进我国农业可持续发展具有重要意义。鉴于选择水稻柱头开展相关研究存在一定技术上的难度，本项目创新性的使用无花粉水稻材料并主要结合蛋白质组学手段对水稻柱头中的花粉识别蛋白进行研究。通过比较授粉识别过程中水稻柱头蛋白表达谱的变化，鉴定柱头中参与花粉识别的蛋白质，并对重要蛋白质进行深入的功能分析和验证工作。本项目的研究将会填补水稻授粉识别机理研究中蛋白质组学研究的空白，其研究结果对于阐明水稻柱头花粉识别蛋白如何参与授粉识别过程，揭示水稻柱头对花粉的识别机制有重要意义。

柱头对花粉的识别是植物完成有性生殖的关键环节之一。开展粮食作物特别是水稻授粉过程细胞识别机理的研究对于保证国家粮食安全、促进我国农业可持续发展具有重要意义。鉴于选择水稻柱头开展相关研究存在一定技术上的难度，本项目创新性的应用水稻无花粉型两系不育材料广占63s的柱头作为研究主体,扬稻六号（9311）为花粉供体，研究水稻授粉前后，柱头对花粉的识别过程的蛋白质和RNA表达变化。通过提取成熟柱头和授之以正常花粉5分钟和15分钟的柱头共三个时间点的雌蕊全蛋白和总RNA，分别进行比较蛋白质组和转录组差异分析，鉴定差异表达转录本963个，差异表达蛋白167个。功能聚类分析表明在授粉过程中柱头差异表达的主要是参与能量合成和消耗，活性氧稳态，蛋白泛素化修饰，细胞壁和细胞骨架，膜泡运输，细胞膜通道，激素响应，受体激酶，免疫和胁迫等代谢过程的基因。进一步通过细胞和生化实验验证了柱头组织在该过程中的活性氧和泛素化动态变化。另外通过IMAC富集结合高分辨和高灵敏度质谱在水稻成熟雌蕊中鉴定2347个高可信度的磷酸化位点（代表1588个磷酸化蛋白），其中包括柱头特异表达的泛素化蛋白OsARC1，细胞水通道蛋白PIP2.2以及19个蛋白激酶的特异性磷酸化位点。上述研究首次从蛋白组和转录组角度揭示水稻柱头授粉早期过程的基因表达变化，并勾勒出成熟水稻柱头的磷酸化蛋白谱。该研究发现的代谢通路的基因变化和组织特异性的蛋白磷酸化位点信息为全面揭示水稻柱头组织在授粉过程中转录、翻译以及翻译后水平的基因调控网络奠定很好的基础。