甜菜细胞质雄性不育系的线粒体蛋白质组学分析

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1、硕士学位论文甜菜细胞质雄性不育系的线粒体蛋白质组学分析MITOCHONDRIALPROTEOMICANALYSISOFCYTOPLASMICMALESTERILELINEINBEET(BETAVULGARISL.)韩雪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：S566.3学校代码：10213国际图书分类号：575密级：公开工学硕士学位论文甜菜细胞质雄性不育系的线粒体蛋白质组学分析硕士研究生：韩雪导师：程大友申请学位：工学硕士学科：食品科学与工程所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:S566.3U.D.C.:575DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMITOCHONDRIALPROTEOMICANALYSISOFCYTOPLASMICMALESTERILELINEINBEET(BETAVULGARISL.)Candidate:XueHanSupervisor:DayouChengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:FoodScienceandEngineeringAffil

3、iation:SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institute：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要细胞质雄性不育是一种花粉败育的母性遗传现象，它免去了大规模杂交时昂贵的人工去雄步骤，是作物杂种优势利用的重要工具。据报道，细胞质雄性不育通常与线粒体功能异常相关。在植物中，线粒体蛋白质与不育表型共分离，并在细胞质雄性不育的形成中起着重要的作用。甜菜是制糖工业

4、的重要原料之一，其产量仅次于甘蔗。从蛋白质水平上认识甜菜细胞质雄性不育形成的分子机制，对提高甜菜杂交种子的质量及商业化生产甜菜杂交种子意义重大。本论文采用iTRAQ技术、qRT-PCR技术与透射电子显微镜技术相结合的方法研究甜菜细胞质雄性不育系的线粒体蛋白质组学，并获得如下结果：采用透射电镜观察到甜菜细胞质雄性不育系、其保持系及恢复系的花药组织在不同时期的形态变化，找出4个与细胞质雄性不育发生的相关因素，包括绒毡层发育、四分体发育、小孢子发育及花药壁发育。采用iTRAQ技术对甜菜细胞质雄性不育系、其保持系及恢复系进行线粒体蛋白质组学研

5、究，鉴定到538个差异表达蛋白质。其中，在DY5-CMS和DY5-O的比较中鉴定到191个差异表达蛋白质，在DY5-CMS和CL6的比较中鉴定到190个差异表达蛋白质，在CL6和DY5-O的比较中鉴定到157个差异表达蛋白质。将538个差异蛋白进行生物信息学分析，包括GO分析，Pathway分析和Network分析。GO分析结果表明差异表达蛋白质主要参与代谢过程、细胞过程和单体过程，具有结合活性和催化活性，并高度富集于细胞及细胞器。Pathway分析结果表明，差异表达蛋白质主要与碳水化合物和能量代谢及蛋白质代谢通路相关。Network

6、分析结果揭示了位于蛋白质相互作用网络谱图关键调节位置的5个差异表达蛋白质。以甜菜细胞质雄性不育系、其保持系及恢复系的根、叶和花药为材料，利用实时荧光定量技术检测13个参与不同代谢通路的差异表达蛋白质相应基因的表达量。在根和叶中，13个基因在转录水平和蛋白水平上的表达结果一致性较差，原因可能为一些蛋白质处于转录和翻译后修饰调控的2种调节水平上，或在败育过程中代谢途径发生异常变化。此外，只有1个基因在叶中的表达模式与根中相符，这可能是与基因选择性表达相关。在花药中，与保持系相比，不育系中有10个基因在花药发育第1个时期中显著高表达，这些基

7、因主要涉及碳水化合物和能量代谢、蛋白质代谢及结合反应。综上所述，推测引起甜菜细胞质雄性不育的主要原因包括绒毡层异常降解、I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文四分体分离异常、小孢子发育缺陷、花药壁异常发育、蛋白质代谢异常、碳水化合物和能量代谢缺陷和结合反应受阻。关键词：甜菜；细胞质雄性不育；蛋白质组学；超微结构分析；转录水平分析II哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCytoplasmicmalesterility(CMS)isamaternallyinheritedconditioninwhichhigherplantsfail

8、toproducefunctionalpollen.CMSisausefultraitforcommercialhybridbreeding,becauseinactivepolleneliminatestheneedf