木薯块根不同发育期β-胡萝卜素和蛋白质积累变化及其有色体蛋白质组学研究

作     者：周锴 安飞飞 李开绵 陈松笔 ZHOU Kai;AN Feifei;LI Kaimian;CHEN Songbi

作者机构：海南大学热带作物学院海南海口570228 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业农村部木薯种质资源保护与利用重点实验室海南海口571101 

出 版 物：《热带作物学报》 (Chinese Journal of Tropical Crops)

年 卷 期：2022年第43卷第5期

页      面：871-881页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(No.31871687)。 

主　　题：木薯块根 蛋白质含量 β-胡萝卜素含量 有色体 蛋白质组学 

摘      要：木薯是世界重要的粮食作物,在我国发展潜力巨大。蛋白质和类胡萝卜素是重要的营养品质特性,但木薯蛋白质含量低,提高木薯块根类胡萝卜素和蛋白质含量,提高其营养成分,已成为木薯选育种的重要目标。本研究以蛋黄木薯(‘SC9’)、紫叶黄心木薯(‘BGM019’)和白心面包木薯(‘SC101’)3个木薯品种为试验材料,开展黄心和白心木薯块根营养品质特性的研究,分析其不同发育期类胡萝卜素和蛋白质含量的变化,同时利用双向电泳和质谱法开展木薯块根有色体亚细胞结构蛋白质组的研究,揭示其蛋白质含量提高与类胡萝卜素积累的关联性。结果表明:3个木薯品种块根β-胡萝卜素含量在块根形成期、膨大期和成熟期差异显著(P0.05),但显著高于‘SC101’(P0.05)。随着木薯块根发育成熟,其类胡萝卜素和蛋白质含量均呈上升趋势,且二者表现为正相关。以膨大期为对照,在‘SC9’成熟期块根有色体中检测到36个差异表达蛋白质,其中26个上调表达,10个下调表达;‘BGM019’中检测到49个差异表达蛋白质,其中28个上调表达,21个下调表达;‘SC101’检测到38个差异蛋白质,其中20个上调表达,18个下调表达。通过对上述差异蛋白质的功能分析,发现它们均参与抗氧化、碳代谢和能量代谢、信号转导等多个代谢过程,说明木薯块根类胡萝卜素积累是由多个代谢途径协同作用的结果。对比分析3个木薯品种块根有色体亚细胞结构的差异蛋白质,发现20个差异表达蛋白质在其中2个品种或3个品种间出现相同的表达趋势。它们主要涉及到碳代谢及能量代谢、抗氧化、细胞骨架蛋白、无机离子运输及代谢、分子伴侣和蛋白质合成等代谢途径,其中与抗氧化相关的蛋白质占20%。构建蛋白质生物调控网络揭示块根有色体蛋白质与β-胡萝卜素积累的关联性,为培育优质高营养的木薯新品种提供新思路。