大麦籽粒蛋白质形成及氮调控的蛋白质组学分析

Grain protein content is an important quality determinant in barley; the requirement of grain protein content varies according to different applications. For instance, food and fodder require grain protein content to be as high as possible, whereas malting barley requires a medium content. The proposed study aims at elucidating the effects of high and low nitrogen level on barley grain protein content using Yangsimai3, a high grain protein content variety, and Noso Nijo, a low grain protein content variety. First, grain protein content will be measured during different filling stages of both varieties under high and low nitrogen levels; second, protein expression profiles of filling grain will be studied using two-dimensional electrophoresis, then using Imagemaster 2D Platinum Software Version 5.0, protein profiling and expression protein spots in the same variety will be compared under different nitrogen levels, and difference between the two varieties will be compared under same nitrogen level. By analyzing the above data, we would like to propose the relationship between differentially expressed protein spots and grain protein formation, as well as the role of nitrogen level on this. The function of differentially expressed protein spots will be identified by using MALDI TOF MS. This study will provide an important molecular mechanism of grain protein formation and nitrogen regulation for the raw materials production, the creation of a dedicated barley germplasm and breeding.

大麦籽粒蛋白质含量是大麦重要品质指标之一，不同用途大麦对籽粒蛋白质含量要求不同，食用和饲用大麦籽粒蛋白质含量越高越好，啤用大麦要求籽粒蛋白质含量适中。本项目以高蛋白饲用大麦扬饲麦3号和低蛋白啤用大麦Noso Nijo为材料，同时在低氮和高氮条件下种植，测定大麦灌浆不同阶段的籽粒蛋白质含量，通过蛋白质双向电泳建立籽粒蛋白质组分的表达谱，利用Imagemaster 2D Platinum Software Version 5.0比较分析同一品种不同氮水平及不同品种同一氮水平各发育阶段的蛋白表达谱，寻找差异蛋白点，明确各差异蛋白点与籽粒蛋白质形成及氮调控的关系。采用质谱技术分析差异蛋白点的功能，探究籽粒高、低蛋白质含量形成的分子机理及氮调控机制，为专用大麦原料生产、专用大麦种质创制及专用品种选育提供理论依据。

大麦籽粒蛋白质含量是重要的营养因子，决定了大麦籽粒的用途。大麦籽粒中蛋白质的合成和积累依赖于外界营养元素的供应。首先，本研究分析了籽粒的总蛋白含量，利用双向电泳构建了扬饲麦3号和Naso Nijo的蛋白表达谱，并采用质谱技术对差异表达蛋白点进行了鉴定。结果表明，在PH4-7和6-11的等电点范围内，共检测到502个蛋白点，41（8.17%）个蛋白点在扬饲麦3号和Naso Nijo中表现出显著的差异。34个蛋白点成功鉴定，对应于23个蛋白。差异蛋白点涉及到8个功能类别，其中烯醇酶（点274）和ADP葡萄糖焦磷酸化酶小亚基（点271）在扬饲麦3号中特异表达，可能涉及到籽粒蛋白质含量的形成。其次，本研究还测定了授粉后不同时间点的蛋白组分含量，构建了不同氮素水平下储藏蛋白亚蛋白质组（清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白）表达谱。结果表明，在不同氮素水平下籽粒蛋白质含量在授粉后不同时间表现出了明显的差异。其中清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白与扬饲麦3号蛋白质含量的提高呈正相关。而Naso Nijo中仅有醇溶蛋白含量呈正相关。四种蛋白组分的表达谱分析表明，共有152个蛋白点在低氮和高氮水平下表现出显著的差异，其中在扬饲麦3号和Naso Nijo中差异蛋白点的数目分别为42个和66个。部分蛋白的差异表达受到氮素调控，可能与扬饲麦3号和Naso Nijo的蛋白含量差异形成有关。本研究结果将为大麦氮素调控的籽粒蛋白质含量的形成奠定基础。