基于转录组测序挖掘大豆近等基因系中蛋白质合成相关基因

Storage protein accounts for approximately 40% of seed dry weight in soybean and it serves as an important protein source for human food. However, the molecular mechanism of protein synthesis is still not clear. In the present study, by using high-throughput gene expression profiling technique, soybean near-isogenic line pair HP117 (52.99%) , LP117 (41.79%) that contrast in seed protein content and their parental cultivars were used as resource to study variation in transcript abundance of developing seed. The objectives of our study were to：1) define the gene ontology function, expression pattern and pathway enrichment of these differentially expressed genes (DEGs), 2) correlate the concurrence of DEGs and protein related quantitative trait loci, 3) analysis common gene and pathway involved in protein metabolism between different species，4）base on the above analysis, identify critical genes that contribute to seed protein traits in soybean. In addition, the roles of candidate genes that cloned from HP117 will be further investigated through over-expression and RNAi suppression in Arabidopsis by Agrobacterium-mediated transformation. The accomplishment of these objectives constitute the first step toward understanding the regulation mechanisms of seed protein and provides valuable gene resource for molecular breeding of soybean.

大豆籽粒中蛋白质含量约占干重的40%左右，是人类重要的植物蛋白来源，然而，蛋白质合成代谢途径目前尚不明确。本研究以近等基因系HP117(蛋白质含量52.99%)和LP117（蛋白质含量41.79%）及其亲本为材料，利用表达谱测序技术，在全基因组范围内鉴定大豆籽粒在蛋白质形成过程中的差异表达基因。研究内容包括：1）明确差异表达基因的分子功能、表达模式以及显著富集的代谢途径；2）分析差异表达基因与蛋白质合成相关QTL位点的一致性；3）比对不同物种间蛋白质合成的共性基因；4）综合以上信息挖掘蛋白质合成途径中高蛋白形成的关键基因,并从高蛋白品系HP117中克隆候选基因，构建超量表达和干涉表达载体，在模式植物拟南芥中通过转基因互补试验确定基因功能。本研究结果为阐明蛋白质合成途径，最终实现高蛋白分子设计育种奠定理论和材料基础。

大豆是人类食用植物蛋白质的重要来源，然而对大豆蛋白质合成机理研究相对匮乏。本研究利用iTRAQ技术获得高蛋白材料HP117及其近等基因系Jidou12不同发育时期籽粒的蛋白质表达谱，通过生物信息学分析筛选不同材料中的差异蛋白，鉴定出与蛋白质合成相关的基因。本研究取得如下的研究成果：通过iTRAQ技术进行蛋白质测序鉴定和相对定量分析，共鉴定到4961种蛋白，通过对HP117和Jidou12籽粒不同发育时期的蛋白组进行比较，共得到差异蛋白593个，其中上调差异蛋白共159个，下调差异蛋白共375个。.分析差异蛋白的功能、分布及表达模式，明确了差异蛋白和蛋白质合成的关系。HP117和Jidou12不同发育时间籽粒中差异蛋白参与24种生物学进程，其中与蛋白质合成相关进程主要有：碳水化合物代谢进程、胚后发育、翻译、大分子生物合成进程、有机物质生物合成进程、光合作用、脂质代谢进程。通过KEGG通路富集分析，差异表达蛋白主要参与光合固碳途径、淀粉和蔗糖代谢、柠檬酸循环、糖酵解和糖异生作用、戊糖磷酸途径，这些途径为蛋白质合成提供需要的氨基酸碳骨架。同时也发现差异表达蛋白富集在各类氨基酸的生物合成以及代谢途径，这些途径可合成蛋白质、多肽及其他含氮物质。本研究从蛋白质组水平上揭示近等基因系间差异表达蛋白与蛋白质合成的关系，为揭示蛋白质合成机理提供了分子生物学证据。