小麦籽粒蛋白空间分布形成机制探究
作者单位：南京农业大学国家小麦生产技术创新中心 丹麦奥胡斯大学农业生态学院 丹麦奥胡斯大学分子生物学与遗传学院作物栽培学和生物技术系
会议名称：《2018中国作物学会学术年会》
会议日期：2018年
基 金：中国自然科学基金项目(31325020,31401326,31471445) 现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-03) 江苏省现代作物生产协同创新中心(JCIC-MCP)
关 键 词：激光捕获显微切割 氨基酸 贮藏蛋白 追氮时期 品质 小麦
摘 要：蛋白质含量在小麦籽粒的不同部位差异很大,从外层到内层呈现先上升后下降的单峰曲线分布,在糊粉层含量最高。然而,导致此空间分布模式形成的机制尚未明确。一种假说为籽粒不同部位的底物供应能力不同,从而导致蛋白积累差异的产生;另一种假说是蛋白编码基因调控的蛋白质合成能力在不同部位存在差异。本研究通过激光捕获显微切割技术分离糊粉层,外胚乳,中胚乳,内胚乳和转移细胞的细胞,并从这些组织中提取RNA,进行籽粒不同部位基因表达模式的分析。同时,运用冷冻切片机将不同灌浆期籽粒分成种皮+糊粉层、外胚乳、中胚乳和内胚乳四个部分,进行游离氨基酸和蛋白质氨基酸空间分布的分析。结果表明胚乳中存在的蛋白质梯度从花后19天开始显现,随着灌浆期的进行而加剧,不同层次之间的差异在花后25天更加显著。籽粒中蛋白质的梯度分布与前期游离氨基酸的分布相一致,而与贮藏蛋白编码基因表达模式不符,表明蛋白质空间分布的形成受氨基酸底物供应的影响而非贮藏蛋白编码基因转录速率的限制。基于氨基酸在蛋白质合成中的重要性,研究进一步明确了氨基酸在籽粒中的运输途径——灌浆早期胚乳腔中的氨基酸通过糊粉层运输至胚乳;灌浆晚期则主要依靠转移细胞途径。此外,分别设置了两个氮肥追施时期,在倒三叶(TL3,拔节期)和倒一叶(TL1)追施氮肥,以阐明氮肥对籽粒蛋白质空间分布的调控机制。结果表明追氮时期后移通过调控氨基酸的供应及外层贮藏蛋白基因表达而提升籽粒外层的蛋白质含量。该结果有助于更加全面地了解小麦籽粒中蛋白质合成机制和氨基酸转运途径,为通过调控籽粒蛋白空间分布而改善籽粒品质提供理论基础,并为优质专用小麦的生产提供了靶标。