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基于itraq的东方甜瓜不同发育阶段蛋白质分析及果实品质变化gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

东方甜瓜因其营养和风味品质而成为最受欢迎的作物之一。决定甜瓜品质的成分,如糖、颜色、质地、味道和香气等,在不同的发育阶段积累。因此,将蛋白质组学特征与甜瓜的生化和生理变化相关联,对于进一步认识甜瓜在成熟过程中的品质具有重要意义。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

利用itraq技术对“玉美人”东方甜瓜果实不同发育阶段的蛋白质进行了分析。在开花后5、15、25、35天4个成熟期,对甜瓜结实度、果皮颜色、可溶性固形物含量(SSC)、乙烯产量、糖含量和挥发性化合物等生理品质指标进行了表征。主成分分析结果表明,5 DAA和15 DAA条件下的香气挥发物基本相同,且与35 DAA条件下的香气挥发物相分离。在两个生物重复序列中鉴定和定量的蛋白质超过5835个,并通过层次聚类分析分为4个聚类。在富集GO分析生物过程、分子功能和细胞成分的基础上,使用Blast2GO软件进行功能分析。分析了KEGG的糖酵解、α-亚麻酸代谢、淀粉和蔗糖代谢等主要途径。gydF4y2Ba

与差异表达蛋白相对应的基因家族成员,包括脂氧合酶(gydF4y2BaCmLOX01-18gydF4y2Ba)和乙醇乙酰转移酶(gydF4y2BaCmAAT1-4gydF4y2Ba)参与α-亚麻酸代谢通路,采用实时qPCR方法进行验证。结果表明,64.7%的基因表达模式与相应蛋白的表达模式一致。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

本研究结合甜瓜不同发育阶段品质指标和差异表达蛋白的变化,为后续蛋白质和基因功能验证奠定基础。gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

东方甜瓜(gydF4y2BaCucumis梅洛gydF4y2BavargydF4y2Ba.makuwagydF4y2Ba牧野甜瓜(牧野甜瓜)是一种薄皮甜瓜,口感甘甜爽脆,果肉多汁,香气浓郁,是中国种植面积最大的甜瓜品种[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba].在甜瓜成熟过程中,糖、色、质、味、挥发物等品质指标成分变化显著[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba].同时,大量蛋白质和基因的表达随着成熟而发生变化[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba8gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

蛋白质组学是对蛋白质,特别是其结构和功能的大规模研究[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba].该方法可以系统地探索植物的生理生化变化,动态描述不同蛋白表达水平的差异[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba].蛋白质组学的研究方法有很多,如二维凝胶电泳(2-DE)、差异凝胶电泳(DIGE)和等压相对和绝对定量标签(iTRAQ) [gydF4y2Ba15gydF4y2Ba].iTRAQ标记技术是美国ABI (Applied Biosystems Inc.)于2004年开发的一种蛋白质组学定量技术,使用4或8种等压标记。通过使用二维液相色谱串联质谱,该标记技术可用于同时对多达8个样品进行相对和绝对定量分析[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba16gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba18gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

近年来,蛋白质组学在更年期和非更年期果实成熟研究中的应用取得了进展[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba21gydF4y2Ba].草莓是一种非更年期水果,研究发现超过892种蛋白质参与草莓的代谢途径,包括类黄酮/花青素生物合成、挥发性生物合成和过敏原形成[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba].在葡萄果实成熟过程中鉴定并定量了630多种蛋白质,这些蛋白质参与光合作用、碳水化合物和苹果酸盐代谢等途径。其他非更年期水果的蛋白质也有不同程度的变化,如柑橘、樱桃和蜜柚[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba,gydF4y2Ba24gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

在更年期水果中,在苹果成熟过程中鉴定出988个蛋白质点,这些蛋白质点与合成芳香物质的脂氧合酶(LOX)途径以及淀粉的合成和降解有关[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba].两个品种的桃果在更年期前后有53种蛋白表达差异,这些蛋白与基础代谢、次生代谢、乙烯合成和胁迫反应有关[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba].杨梅在不同发育时期有43种差异表达蛋白,主要与糖和能量代谢、花青素代谢、胁迫反应及防御等特性有关[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba].东方瓜是典型的更年期水果;然而,对甜瓜不同成熟阶段的蛋白质组学研究报道有限。gydF4y2Ba

在开花后5、15、25、35天4个成熟期,对甜瓜结实度、果皮颜色、可溶性固形物含量(SSC)、可溶性糖含量、乙烯含量和香气挥发物等理化性质进行了分析。利用iTRAQ技术对甜瓜果实成熟过程中的差异表达蛋白进行了研究和鉴定。对基因(如:gydF4y2BaCmLOX01-18gydF4y2Ba而且gydF4y2BaCmAAT1-4gydF4y2Ba)与参与α-亚麻酸代谢的物质相关,进一步验证相应蛋白的表达模式。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

植物材料gydF4y2Ba

东方瓜(gydF4y2BaCucumis梅洛gydF4y2Bavar。gydF4y2BamakuwagydF4y2Ba2015年3月至7月,在中国沈阳农业大学的温室中,由中国长春一建浦密士街甜瓜研究所选育的育美人(YuMeiren)品种在花盆中(体积为25 L,土壤:泥炭:堆肥比例为1:1:1)单独种植。行距为60厘米,行与行之间的距离为80厘米。雌花用激素复合物“丰产吉2”(主要含有4-氯苯氧乙酸)授粉以提高坐果率;(沈阳农业大学)提高坐果率,并在开花当天进行标记。瓜被种植成单茎,每根藤上有2或3个果实。瓜在DAA的5、15、25和35收获。这种东方甜瓜的生理成熟时间约为开花后35天(DAA)。平均每个阶段至少收获30个果实,用于测定硬度、可溶性固形物含量(SSC)、果皮颜色、乙烯产量、糖含量和挥发性化合物。在每个采样时间使用两个独立的生物重复(每个重复30个果实池)进行蛋白质组学分析。为了进行蛋白质组学分析,水果被去皮,切成小块,立即在液氮中冷冻,并在- 80°C保存,直到进一步使用。gydF4y2Ba

硬度、果皮颜色和可溶性固形物含量(SSC)gydF4y2Ba

水果硬度测试仪(FHM-1, Takemura, Japan)以1公斤重量校准,并配备直径12毫米的探针,根据Mendoza [gydF4y2Ba28gydF4y2Ba].在赤道上的2个削皮表面,每个水果获得了7个读数,并以N/cm为单位记录gydF4y2Ba2gydF4y2Ba经过控制变形。用CR- 400/410色度计(日本柯尼卡美能达公司)测定甜瓜的外皮颜色。从每种水果的赤道区收集了6个读数。其中,L*代表果皮的亮度,果皮的亮度与果实的光泽直接相关。标签a*代表红/绿的比例,越高的正值表示红色水果,而负值表示绿色水果。标签b*代表黄/蓝的比例,较高的正值表示黄色果实,负值表示蓝色果实。新鲜甜瓜的SSC测量方法是将从果肉组织赤道区提取的汁液滴到数字折射仪(DBR45,福建惠霞,中国)上,如Liu [gydF4y2Ba29gydF4y2Ba].硬度、果皮颜色和SSC试验均进行了三次。gydF4y2Ba

可溶性糖含量gydF4y2Ba

新鲜甜瓜组织,1克果重(FW),广泛研磨,用5 mL 80% (v/v)乙醇在80℃下提取3次,提取1小时。提取后,将提取液混合,在蒸发盘中80℃水浴蒸发至干燥。再溶于1 mL超纯水中,通过0.45 μM过滤器。然后,将5 μL样品注射到配备碳水化合物柱和Alltech 2000ES蒸发光检测器的HPLC (Waters 600E)中。以80%乙腈与20%超纯水(v/v)的混合物为流动相,流速设置为1ml mingydF4y2Ba−1gydF4y2Ba.根据糖标准的保留时间和峰值高度,对果糖、葡萄糖和蔗糖进行了鉴定和定量。每次测量重复三次。gydF4y2Ba

乙烯含量gydF4y2Ba

用Varian GC-3800气相色谱仪对瓜腔中的乙烯进行3次提取测定。简单地说,用微注射器(上海高戈工贸有限公司)手动将1 mL气体样品中的50 μL注射到配有火焰电离检测器(FID)和色谱柱(GDX-102, 3 m × 2 mm id,中国大连化学物理研究所)的Varian (GC-3800)中。分析在恒温条件下进行,烘箱温度为100℃,带有1041进样器的分流/不分流进样系统以不分流模式保持在250℃,检测器温度为120℃。0.53 mm内径柱的注入器插入件为不锈钢(部件编号392543101,瓦里安)。样品以无分裂模式分离到30 m × 0.32 mm i.d × 4 μm厚的毛细管柱(CP8567, CP-silica PLOT, Varian)中,保持在100℃。氮气被用作载气。氮气、氢气和压缩空气的流量分别为20、30和300 mL mingydF4y2Ba−1gydF4y2Ba,分别。乙烯以峰面积定量,用外标进行校准。乙烯浓度在10 ~ 50%范围内,v/v (μL/L) (gydF4y2BargydF4y2Ba= 0.997) [gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba].每个实验重复三次。gydF4y2Ba

波动分析gydF4y2Ba

Liu和Tang采用顶空(HP)-固相微萃取(SPME)-气相色谱-质谱法(GC-MS)检测甜瓜不同成熟阶段的挥发性化合物[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

冷冻甜瓜样品(100 g果肉)在室温下解冻30分钟,用榨汁机(JYL-C05,中国)榨汁,用玻璃漏斗和四层粗棉布过滤果汁,收集果汁样品。然后,3.5 g氯化钠(分析级)和内标(50 L的1-辛醇,59.5 mg LgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba, 0.5%, v/v, Aladdin Chemistry, China)加入10 mL果汁上清液中。将混合物完全均质,倒入20毫升玻璃瓶(Thermo, USA)。小瓶使用带硅胶/铝隔密封的卷盖密封(20毫米,Thermo),并在40°C的水浴中加热。然后用SPME纤维(100米聚二甲基硅氧烷)和1厘米长的标准针从顶空提取香气挥发物30分钟(Supelco, 57347-U, Bellefonte, PA, USA),之前在气相色谱注射口在250°C下预处理30分钟。SPME针来自Supelco (57347-U, Bellefonte, PA, USA), GC-MS来自Thermo Scientific (TraceGCUltra-ITQ900, Waltham MA 02454)。气相色谱系统配备了30米gydF4y2Ba∗gydF4y2Ba0.25毫米gydF4y2Ba∗gydF4y2Ba0.25 μm厚度毛细管柱(ThermoTR-5msSQC, USA)。每个实验重复三次。gydF4y2Ba

蛋白质样品提取gydF4y2Ba

采用丙酮沉淀法从2 g样品中提取蛋白质。取2g样品,放入5ml EP管中。每个样品管中放入两个不锈钢珠。加入2 mL SDT溶解缓冲液(4% SDS, 100mM Tris-HCl, 1mM DTT, pH7.6);每分钟60转,5分钟,打珠,用振荡器打碎肉中的组织;100 W, 5 min,超声波分解;95℃孵育5min,还原解理;15000 g, 15 min,离心2次提取上清液;上清液中加入7倍体积的丙酮沉淀蛋白,15000 g*4℃孵育过夜,离心20 min,除去上清液;加入1ml丙酮,粉碎沉淀; after being placed for 30 min at −20 °C, 20000 g*4 °C, centrifuging for 15 min to remove the supernatant; air drying the remained acetone in precipitation, added with appropriate SDT, washed by ultrasonic wave for 5 min, incubated for 5 min at 95 °C; 15000 g centrifuging for 15 min, took out the supernatant to measure the quantity. The concentration of sample was detected by fluorescence spectrophotometry based on tryptophan concentration. The integrity of sample was detected by polyacrylamide gel electrophoresis [31gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba33gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

iTRAQ标签gydF4y2Ba

对于每个发育阶段,用20体积的丙酮在−20°C下沉淀50 μg蛋白质过夜。蛋白球在15300 × g离心10 min后,溶于20 μL含有2% (w/v) SDS的iTRAQ溶出缓冲液(Applied Biosystems)中。蛋白质在3mm三(2-羧乙基)膦(TCEP)中还原和烷基化,并在60°C下孵卵1小时。根据制造商的协议,使用iTRAQ 8-plex试剂盒(美国应用生物系统公司)对肽进行标记。用iTRAQ标签113、114、115、116、117、118、119和121分别标记花后5、15、25、35 d不同熟期甜瓜多肽。gydF4y2Ba

由于样品溶液中含有以下几种试剂:溶出缓冲液、75%有机溶剂(乙醇和乙腈)、1mm还原剂(TCEP)、0.02% SDS、5mM氯化钙、过量的iTRAQ试剂,这些成分可能会影响后续的质谱分析,所以在进行液相质谱分析前必须对样品进行离子交换色谱纯化[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba36gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

SCX分馏gydF4y2Ba

SCX色谱采用LC-20AB HPLC泵系统(岛津,京都,日本)进行。用4 mL缓冲液A (10 mM KH)重组itraq标记的肽混合物gydF4y2Ba2gydF4y2Ba阿宝gydF4y2Ba4gydF4y2Ba, 25%ACN, pH3.0),并加载到含有5 μM颗粒的4.6 × 250 mm Ultremex SCX色谱柱上(Phenomenex)。肽以1ml min的流速洗脱gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba以缓冲液a的梯度10分钟,5-60%缓冲液B (10 mM KHgydF4y2Ba2gydF4y2Ba阿宝gydF4y2Ba4gydF4y2Ba, 1mol LgydF4y2Ba−1gydF4y2BaKCl, 25%ACN, pH3.0)维持27分钟,60-100%缓冲液B维持1分钟。在与缓冲液A平衡10分钟之前,系统保持100%缓冲液B 1分钟。通过测量214 nm处的吸光度来监测洗脱,每1分钟收集一次分离物。将洗脱后的肽集成20个分离物,用Strata X C18色谱柱(Phenomenex, CA, USA)脱盐并真空干燥。gydF4y2Ba

基于Q Exactive的LC-MS /MS分析gydF4y2Ba

将多肽溶解在0.1% FA和2% ACN中,然后在13500下离心gydF4y2BaggydF4y2BaLC-MS /MS使用Q Exactive MS (Thermo Scientific)进行。Q Exactive与UltiMate 3000 RSLCnano系统对接。将肽混合物加载到PepMap C18捕集柱(100 μm i.d, 10 cm长,3 μm树脂,Michrom Bioresources, Auburn, CA, USA)上,然后在PepMap C18 RP柱(2 μm, 75 μm × 150 mm, 100 a)上,流速为300 nL min进行分离gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba.通过从4%缓冲液B (0.1% FA, 80% ACN)到50%缓冲液B的线性梯度,将肽从HPLC柱中洗脱40分钟,然后在5分钟内增加到90%缓冲液B。通过Q Exactive检测被洗脱的肽,使用数据依赖的top20方法获取MS数据,从调查扫描(350-1800 m/z)中动态选择最丰富的前体离子进行HCD(高能碰撞解离)碎片。目标值的确定基于自动增益控制(AGC)。测量扫描在m/z 200分辨率为70000,HCD光谱分辨率设置为m/z 200分辨率为17500。归一化碰撞能量为30 eV,而底填充率(即在最大填充时间内可能达到目标值的最小百分比)定义为0.1%。仪器在肽识别模式下运行。gydF4y2Ba

蛋白质鉴定与定量gydF4y2Ba

利用ProteinPilot™Software 4.5 (AB SCIEX, USA)对甜瓜进行蛋白质鉴定和定量。fasta (gydF4y2Bahttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/gydF4y2Ba)使用Paragon算法。利用的搜索参数如下:(1)固定修饰:carbamidmethyl (C);(2)可变修饰:氧化(M),乙酰(蛋白质n项);(3)消化:胰蛋白酶;(4)仪器:Triple TOF5600。对于iTRAQ定量,通过Pro Group算法自动选择要定量的肽,计算报告峰面积、误差因子(EF)和gydF4y2BapgydF4y2Ba价值。在ProteinPilot中,分别采用>1.0(>90%)和>1.3(>95%)的置信截断值,或绿色和成熟阶段的实验,获得多肽和相应的相对丰度。只有蛋白质与至少2种不同的多肽和gydF4y2BapgydF4y2Ba< 0.05,定量比值为>1.5和gydF4y2BapgydF4y2Ba< 0.05,被认为是差异表达蛋白(FDR < 1%)。最终的折叠变化计算为两次重复的平均值。gydF4y2Ba

生物信息学分析gydF4y2Ba

使用Blast2GO软件对鉴定蛋白进行功能分析[gydF4y2Ba37gydF4y2Ba].采用PermutMatrix 1.9.4软件进行分层聚类分析。采用Pearson距离和McQuitty算法进行数据聚合。gydF4y2Ba

实时qPCR分析gydF4y2Ba

总RNA用TRIzol试剂(Takara, Japan)分离。使用DNase I (Promega, USA)去除基因组DNA。从水果中提取的总RNA通过Superscript III逆转录酶随机引物生成cDNA样本(Invitrogen, Thermo Fisher Scientific, USA)。gydF4y2Ba

以cDNA样本为模板,每个引物与SYBR Green PCR Real Master Mix (Tiangen, Beijing, China)混合10 μM,使用ABI 7500 Real Time PCR系统和软件7500 ver进行实时PCR分析。2.0.3(美国应用生物系统公司)如制造商说明书所述。温度程序为:95°C 15 min;95°C 30 s, 57°C 30 s, 68°C 1 min,循环40次。在每个循环的68°C时,采集延伸过程中的荧光信号。东方甜瓜18S rRNA被用作内部对照,以标准化模板量的微小差异。所有样品的LOX/18SrRNA、AAT/18SrRNA、SS/18SrRNA和SPS/18SrRNA比值与5 DAA的比值相关,5 DAA设为1。用于实时qPCR的引物在附加文件中列出gydF4y2Ba1gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

硬度、果皮颜色和可溶性固形物含量(SSC)gydF4y2Ba

在整个生长发育过程中,甜瓜的SSC呈上升趋势,在35daa时达到最大值(12.0%)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba“一个”)。硬度起初增加,然后在25daa达到最高水平,最后显著下降(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba“B”)。在成熟过程中,单果重显著增加。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba“F”)。gydF4y2Ba

图1gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba

不同成熟期甜瓜的生理特征。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba可溶性固形物含量,gydF4y2BabgydF4y2Ba坚定,gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba而且gydF4y2BaegydF4y2Ba果皮颜色。gydF4y2BafgydF4y2Ba每水果重量。甜瓜的4个成熟期分别为5DAA、15DAA、25DAA和35DAAgydF4y2Ba

在整个发展过程中,a*-value、b*-value和L*-value逐渐增大(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba' C ' ' d ' ' e ')。这种增加表明果皮在早期保持绿色,然后开始变黄,也表明果皮的亮度在成熟过程中有增加的趋势。gydF4y2Ba

挥发性化合物,可溶性糖含量和乙烯含量gydF4y2Ba

甜瓜香气挥发物主要有酯类、醇类、醛类和酸类[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba].我们在东方甜瓜成熟过程中共鉴定出40种挥发性化合物(附加文件)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),包括17种酯类、12种醇类、4种醛类和4种酸类。4种物质类型的种类和含量先保持稳定,然后在25 DAA时醇和酸含量显著增加(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba“A”“B”)。酯类的种类和含量显著增加,在35 DAA时达到最高,表明酯类是甜瓜成熟过程中芳香的主要决定因素。gydF4y2Ba

图2gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba

甜瓜不同成熟期挥发性物质、乙烯产量及含糖量的变化。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba挥发性化合物gydF4y2BabgydF4y2Ba不稳定的类型gydF4y2BacgydF4y2Ba苏格内容gydF4y2BadgydF4y2Ba乙烯生产。甜瓜的4个成熟期分别为5DAA、15DAA、25DAA和35DAAgydF4y2Ba

在主成分分析中以芳香族物质的含量为变量。前两个主成分占总变率的93.008%(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba“一个”)。V1-V4是酯类,是PC1的主要贡献者。它们从V34和V35中分离出来,它们是酸。V20、V27、V32和V37对PC2的贡献最大,主要是醇类和醛类。gydF4y2Ba

图3gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba

对甜瓜不同成熟期香气挥发物进行了主成分分析。瓜的四个阶段分别为“d5”(5DAA)、“d15”(15DAA)、“d25”(25DAA)和“d35”(35DAA)。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba对甜瓜不同成熟期香气挥发物进行了两种主成分分析。gydF4y2BabgydF4y2Ba对甜瓜不同成熟期香气挥发物进行了两种主成分分析。代码对应于附加文件中的挥发性化合物编号gydF4y2Ba2gydF4y2Ba

在主成分分析中,以不同发育阶段的果实作为另一个变量。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba“b”)。前两个主成分占总变率的93.008%。5个DAA测量值与15个DAA测量值相似,两者都与PC1的主要贡献者35个DAA分离。gydF4y2Ba

甜瓜果实的内在品质与糖的积累和组成比例密切相关。甜瓜果实中主要含有葡萄糖、果糖和蔗糖。在三种可溶性糖中,果糖和葡萄糖缓慢而同步地积累。蔗糖迅速积累,并在35 DAA时达到最大值(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba“C”),这表明在发育的后期,糖的积累加速了。无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2BaD表明乙烯含量在成熟过程中显著增加,在35 DAA时达到最大值。gydF4y2Ba

差异蛋白的鉴定和定量结果gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba4gydF4y2Ba介绍了实验设计和工作流程。附加文件gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba蛋白质鉴定表显示,本实验共鉴定蛋白质5835个,总肽数为65426个,唯一肽数为36297个。鉴定和定量结果的评价表明,多肽的得分是令人满意的。大约90%的多肽得分超过30分(附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba).大多数蛋白质的相对分子质量在0和100之间(附加文件)gydF4y2Ba5gydF4y2Ba).肽序列中的氨基酸数量在5和15之间(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba).与一种蛋白质类型相对应的识别肽的数量在0到20之间(附加文件)gydF4y2Ba7gydF4y2Ba).在两种不同的蛋白质之间发现了相对良好的相关性(附加文件gydF4y2Ba8gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

图4gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba

应用iTRAQ蛋白质组学技术研究甜瓜果实成熟的一般流程gydF4y2Ba

对这四个阶段的所有蛋白质进行配对比较。额外的文件gydF4y2Ba9gydF4y2Ba显示了在四个成熟度阶段差异表达的蛋白质的结果,每个测量值有两个重复。数字gydF4y2Ba5gydF4y2Ba说明了两个阶段之间上调和下调蛋白的数量。在差异表达蛋白中,可以形成三类发育阶段:变化很少的阶段(25d/15d和35d/25d);变化较多的分期(25d/5d和35d/5d);以及中间变化次数的阶段(15d/5d和35d/15d)。其中35d/5d是蛋白质变化最多的发育阶段。这些结果表明,这些差异表达蛋白的鉴定和定量揭示了与果实成熟相关的蛋白质丰度变化,且最重要的蛋白质水平变化发生在非相邻的甜瓜成熟期。gydF4y2Ba

图5gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba

在甜瓜发育过程中蛋白质水平的整体变化。每个值表示在两个发育阶段之间量化的序列数量,对于所有向上的蛋白质- (gydF4y2Ba红酒吧gydF4y2Ba)及调低(gydF4y2Ba黑条gydF4y2Ba).使用±1.5的任意折叠变化截断值来选择蛋白质亚群gydF4y2Ba

差异蛋白的聚类分析gydF4y2Ba

聚类分析是一种常用的探索性数据分析方法。目标是根据相似度对数据进行分组和排序[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba].在对所有差异蛋白进行聚类和分组的结果中,同一样本重复两次的数据模式相似性较高,而不同样本之间的数据模式相似性较低(附加文件gydF4y2Ba10gydF4y2Ba).这一结果进一步表明,在甜瓜发育过程中,成熟过程中蛋白质的分布存在差异,同一阶段样品的测试重复性是可靠的。gydF4y2Ba

为了进一步探索差异表达蛋白在不同发育阶段的分布,我们对1694个差异表达蛋白进行了时间分析。首先对数据进行预处理:对于每个差异蛋白,取两个生物重复在同一时间点的值的平均值;计算1.5基以上获得的表达量的对数,使所有蛋白的表达量近似于正态分布;对于特定的蛋白质,计算4个时间点的平均表达量,然后每个时间点的基准值除以平均表达量再减去1。利用上述方法归一化后获得的相对表达量进行层次聚类。根据不同蛋白表达量的相关系数计算聚类距离。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba6gydF4y2Ba说明了果实成熟过程中1694种蛋白质的分布。根据它们的相对丰度,鉴定出了4个蛋白质簇。每一类蛋白质的折线图用4种颜色表示:蓝色、黄色、蓝绿色和绿色。总体而言,簇1(蓝色类别)包括571个蛋白质,在整个发育阶段都有所增加,并在35 DAA时达到峰值。在聚类2(黄色类别)中,鉴定出327个先增加后减少的蛋白质,在25 DAA时达到峰值。对于簇3(绿松石类),鉴定出117个蛋白质,并在15 DAA时达到峰值。聚类4(绿色类)有671个蛋白在发育阶段减少,并在5 DAA时达到峰值。gydF4y2Ba

图6gydF4y2Ba
图6gydF4y2Ba

不同成熟期蛋白质的层次聚类分析。形成了四个主要的蛋白质改变簇:簇1 (gydF4y2Ba蓝色的gydF4y2Ba)显示在果实的整个生育期蛋白均呈上调趋势,并在35DAA时达到峰值;第二组(gydF4y2Ba黄色的gydF4y2Ba)揭示了果实发育过程中蛋白的上调和下调,并在25DAA时达到峰值;第三组(gydF4y2Ba绿松石gydF4y2Ba)显示了果实发育过程中蛋白的上调和下调,并在15DAA时达到峰值;群集四(gydF4y2Ba绿色gydF4y2Ba)表示在果实整个生育期都下调的蛋白,并在5DAA时达到峰值。红色或绿色强度的增加表明不同的上调或下调的蛋白质gydF4y2Ba

差异蛋白的功能富集分析gydF4y2Ba

为了进一步阐明这4类蛋白的功能,采用基因本体(GO)功能富集分析方法对差异表达蛋白进行分析。在4个簇的1694个变化蛋白中,对其生物学过程、分子功能和细胞成分进行了分类(图2)。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

图7gydF4y2Ba
图7gydF4y2Ba

丰富的GO术语。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba生物过程,gydF4y2BabgydF4y2Ba分子功能和gydF4y2BacgydF4y2Ba在蛋白质的四个主要簇中注释的序列的细胞成分。四个主要组别的颜色编号:组别1 (gydF4y2Ba蓝色的gydF4y2Ba),第二组(gydF4y2Ba黄色的gydF4y2Ba)、第三组(gydF4y2Ba绿松石gydF4y2Ba),第4组(gydF4y2Ba绿色gydF4y2Ba)gydF4y2Ba

大多数上调的蛋白在簇1(图1)。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)具有金属离子结合、吡哆醛磷酸盐结合、铁离子结合、NAD结合和氧化还原酶活性,参与氧化还原、果实成熟、对氧化应激的响应以及对冷热加工的响应。这些蛋白质位于叶绿体、液泡、质体蛋白和类囊体腔内(图2)。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

而簇2中很多蛋白先上调后下调(图2)。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),这些蛋白在血红素结合、过氧化物酶活性、NADP结合、黄素腺嘌呤二核苷酸结合、叶绿素结合和蛋白质二硫化物氧化还原酶活性以及参与氧化应激反应、过氧化氢分解代谢、氧脂素生物合成、蛋白质-发色团连接、渗透应激反应和甘油醚代谢过程中均有重要功能,主要分布在胞间连丝、膜和液泡膜中(图2)。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

簇3中的大多数蛋白质(图3。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)具有血红素结合、GTP结合、GTPase和蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性,并参与激素介导的信号通路、跨膜受体蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶信号通路和根发育过程。这些蛋白质位于细胞膜和质膜(图。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

而Cluster 4中的许多蛋白下调(图4。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)在铁离子结合、转移酶、脂质结合和单加氧酶活性、糖基转移等方面具有重要功能,这些蛋白还参与DNA修复和mRNA剪接过程。这些蛋白主要位于胞间连丝、细胞膜和高尔基体(图2)。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

基因表达gydF4y2Ba

选择甜瓜基因组中的18个LOX基因、4个AAT基因、1个SS基因和1个SPS基因进行转录分析,以确定基因表达数据是否能证实蛋白质丰度的变化。实时荧光定量PCR表达分析结果表明,18个CmLOXs和4个CmAATs组成型表达,但在不同成熟阶段差异较大。Cm的表达模式gydF4y2BaLOX01-05gydF4y2Ba在5 DAA的幼期表现出优先表达。而Cm的基因表达gydF4y2BaLOX07-09gydF4y2Ba, CmgydF4y2BaLOX16gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaLOX17gydF4y2Ba在成熟过程中持续增加,在35 DAA时达到峰值。Cm的基因表达gydF4y2BaLOX06gydF4y2Ba, CmLOXgydF4y2Ba10 - 15gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaLOX18gydF4y2Ba在25 DAA后呈下降趋势(图;gydF4y2Ba8gydF4y2Ba).除了CmgydF4y2BaAAT3gydF4y2Ba, Cm的表达式gydF4y2BaAAT1gydF4y2Ba, CmgydF4y2BaAAT2gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaAAT4gydF4y2Ba在35 DAA处达到峰值(图;gydF4y2Ba9gydF4y2Ba).厘米gydF4y2BaAAT1gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaAAT2gydF4y2Ba在甜瓜成熟过程中强烈表达。gydF4y2Ba

图8gydF4y2Ba
图8gydF4y2Ba

Real-time RT-PCR分析18个甜瓜LOX基因在不同成熟期的表达。利用18个CmLOX基因特异性引物进行实时RT-PCR。将5DAA时CmLOXs在甜瓜果实中的表达量设为“1.0”。18S引物以148 bp的产物作为各基因的内标。甜瓜的4个成熟期分别为5DAA、15DAA、25DAA和35DAAgydF4y2Ba

图9gydF4y2Ba
图9gydF4y2Ba

Real-time RT-PCR分析甜瓜4个AAT基因在不同成熟期的表达。利用4个AAT基因特异性引物进行实时RT-PCR。设定5DAA时甜瓜果实CmAATs的表达水平为“1.0”。18S引物以148 bp的产物作为各基因的内标。甜瓜的4个成熟期分别为5DAA、15DAA、25DAA和35DAAgydF4y2Ba

转录本水平的变化模式与Cm相似gydF4y2Ba魔法石,第1章gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaSPS1gydF4y2Ba从5 DAA到35 DAA, 5 DAA后逐渐或急剧增加(图;gydF4y2Ba10gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

图10gydF4y2Ba
图10gydF4y2Ba

采用Real-time RT-PCR方法分析CmSS1和CmSPS1基因在不同成熟期的表达。将5DAA时甜瓜果实中CmSS1和CmSPS1的表达量设为“1.0”。18S引物以148 bp的产物作为各基因的内标。甜瓜的4个成熟期分别为5DAA、15DAA、25DAA和35DAAgydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

在甜瓜成熟过程中,生理变化导致果实发生显著变化,影响硬度、果皮颜色、SSC、可溶性糖含量、乙烯含量和香气挥发物等,影响果实品质。在这项研究中,我们应用iTRAQ来识别可能与果实代谢有关的蛋白质的显著变化,并从蛋白质组学的角度获得东方甜瓜成熟的整体视图。鉴定出的蛋白质与代谢过程有关,如α-亚麻酸、糖酵解和淀粉和蔗糖代谢。下面的讨论是基于这些代谢过程和基因的表达模式。gydF4y2Ba

α-亚麻酸代谢gydF4y2Ba

α-亚麻酸是脂肪酸氧化的主要底物,参与了甜瓜挥发性化合物中醇、醛、酸和酯的合成。结果表明,在果实成熟过程中,总醇和酯含量显著增加。总醛在整个成熟过程中表现出恒定的水平,而总酸在25 DAA时显著下降。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba“一个”)。多数东方甜瓜品种在果实发育和成熟过程中酯类含量显著增加,成熟果实中主要醇类含量增加[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba39gydF4y2Ba],这与我们的分析一致。在蛋白质组学水平上,我们鉴定并定量了与香气挥发性生物合成相关的几种关键酶,包括酒精脱氢酶(ADH)和酒精乙酰转移酶(AAT)。这些是催化醇和酯形成的重要酶,这些酶在东方甜瓜成熟过程中增加(图。gydF4y2Ba11gydF4y2Ba).上述结果表明,果实成熟过程中香气挥发物生物合成途径由5 DAA上调至35 DAA,醛类生成醇类和酯类的过程主要发生在35 DAA。同时,已有许多研究表明,植物的ADHs参与了幼苗和花粉的发育以及果实的发育[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba,gydF4y2Ba41gydF4y2Ba].如杨梅成熟后,ADH在粉红果期和红果期显著增加[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]和番茄[gydF4y2Ba42gydF4y2Ba水果。而不同成熟阶段的草莓果实中ADH蛋白含量显著降低[gydF4y2Ba43gydF4y2Ba],这与我们的结果不一样。因此,我们推测ADH的表达可能与样本类型或其他因素有关,值得进一步研究。然而,AAT蛋白在不同发育阶段的果实中表现出相似的表达模式。例如,在两个品种的草莓中,两种AAT蛋白(AAT1和AAT2)在粉红色到红色阶段之间的增加幅度大于从白色到粉红色阶段。gydF4y2Ba22gydF4y2Ba].在番荔枝中,在成熟过程中观察到AAT蛋白的增加[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba].因此,我们推测AAT蛋白在果实发育的后期显著表达。我们还发现了脂氧合酶(LOX)在不同成熟阶段通过9-LOX和13-LOX催化9(s)-HOTrE和13(s)-HOTrE的形成。在蛋白质组学水平上,9-LOX和13-LOX含量在果实成熟过程中分别达到了35 DAA和25 DAA的峰值。gydF4y2Ba

图11gydF4y2Ba
图11gydF4y2Ba

α-亚麻酸代谢。受调控酶的蛋白质水平用彩色方块表示。按顺序排列(gydF4y2Ba从左到右gydF4y2Ba),显示5DAA、15DAA、25DAA和35DAA的级gydF4y2Ba

α-亚麻酸代谢转录本水平通路的表征表明LOX (CmgydF4y2BaLOX01-18gydF4y2Ba), ADH (CmgydF4y2BaADH01-12gydF4y2Ba)和AAT (CmgydF4y2BaAAT1-4gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

在本研究中,RT-qPCR分析显示5个LOX基因的表达模式,包括gydF4y2BaCmLOX01-05gydF4y2Ba,在甜瓜发育的早期阶段显示出相对较高的丰度,但随着果实的发育,它们的含量下降(图。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba),这与先前对东方瓜类的研究相似[gydF4y2Ba45gydF4y2Ba].先前的研究表明,在果实发育早期,细胞分裂和果实生长对LOX活性的需求较高。在葡萄中,VvgydF4y2BaLOXCgydF4y2Ba在浆果生长的初始阶段,转录本丰度稳步下降[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba].在猕猴桃中,大部分LOX基因在果实发育后期水平下降[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba].这些结果表明,这些基因可能在果实早期发育中发挥作用。gydF4y2Ba

然而,厘米gydF4y2BaLOX06gydF4y2Ba, CmLOXgydF4y2Ba10 - 15gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaLOX18gydF4y2Ba在25 DAA时达到峰值,这与13-LOX的蛋白表达模式相似。这些基因被认为具有13-LOX活性,并被认为参与脂质氢过氧化物向茉莉酸循环前体和挥发性化合物(如醛和醇)的转化[gydF4y2Ba45gydF4y2Ba].然而,gydF4y2BaCmLOX07-09gydF4y2Ba,gydF4y2BaCmLOX16gydF4y2Ba而且gydF4y2BaCmLOX17gydF4y2Ba在成熟过程中持续升高,在35 DAA时达到峰值,这与9-LOX的蛋白表达相似。此外,只有gydF4y2BaCmLOX07gydF4y2Ba而且gydF4y2BaCmLOX09gydF4y2Ba属于9-LOX [gydF4y2Ba45gydF4y2Ba].结果表明,9-LOX可能在果实器官发育和软化过程中发挥作用[gydF4y2Ba48gydF4y2Ba].之前的一项研究观察了汤姆的表情gydF4y2BaLOXBgydF4y2Ba和汤姆gydF4y2BaLOXCgydF4y2Ba在西红柿中,马里兰州gydF4y2BaLox1gydF4y2Ba和医学博士gydF4y2BaLox7gydF4y2Ba苹果和CigydF4y2Ba液态氧gydF4y2Ba在西瓜的果实发育和成熟过程中[gydF4y2Ba49gydF4y2Ba,gydF4y2Ba50gydF4y2Ba].综上所述,这5个基因可能参与了果实发育过程,并在果实成熟过程中发挥调控作用。gydF4y2Ba

在我们的研究中,除了CmgydF4y2BaAAT3gydF4y2Ba, Cm的表达水平gydF4y2BaAAT1gydF4y2Ba, CmgydF4y2BaAAT2gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaAAT4gydF4y2Ba与蛋白质数量的变化同步(图;gydF4y2Ba11gydF4y2Ba).在杏,爸爸gydF4y2BaaatgydF4y2Ba表达水平在收获后期急剧上升[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba].在苹果中,MdgydF4y2BaAAT1gydF4y2Ba和医学博士gydF4y2BaAAT2gydF4y2Ba随着成熟的进行而增加,并且与两个品种之间检测到的酯类总量一致[gydF4y2Ba52gydF4y2Ba].此外,厘米gydF4y2BaAAT1gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaAAT2gydF4y2Ba在瓜类成熟的早期和中期都有明显的表达。此外,这些基因与检测到的挥发性酯的总排放水平相关[gydF4y2Ba53gydF4y2Ba],这与我们的结果相同。gydF4y2Ba

manrq´quez等人报道CmgydF4y2BaADH01gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaADH02gydF4y2BaADH蛋白均在果实中特异表达,且在成熟过程中表达上调,说明ADH蛋白在甜瓜芳香族生物合成中具有特异性调控作用。Jin等报道的转录本水平的结果表明,除了CmgydF4y2BaADH01gydF4y2Ba, CmgydF4y2BaADH09gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaADH11gydF4y2Ba,其余基因的表达量均在35 DAA时达到峰值[gydF4y2Ba54gydF4y2Ba],该模式与ADH蛋白的表达模式相似。因此,这一结果表明,在甜瓜的发育过程中,许多CmADHs可能参与了果实的发育。此外,在olea europaea中,OegydF4y2Ba抗利尿激素gydF4y2Ba随着油橄榄果实发育,转录本逐渐增加,并在果实成熟时达到峰值,Oe的变化gydF4y2Ba抗利尿激素gydF4y2Ba表达与油橄榄果实生长曲线一致[gydF4y2Ba55gydF4y2Ba].在杏子中也发现了类似的ADH基因表达模式[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

64.7%的基因表达模式与相应蛋白的表达模式一致。转录水平与蛋白质组学水平的差异可能表明在甜瓜发育初期存在某种调控机制,可以在翻译水平上影响相应蛋白的表达。gydF4y2Ba

α-亚麻酸代谢的另一个分支是通过异丙烯氧化物合酶(AOS)和异丙烯氧化物环化酶(AOC)形成茉莉酸。我们还发现AOS和AOC分别在25 DAA和35 DAA时达到最大表达。结果表明,在桃果实发育过程中,AOS水平呈下调和下降趋势。gydF4y2Ba56gydF4y2Ba].两个与ja相关的基因(gydF4y2Ba先进的gydF4y2Ba)表达水平较低,在桃成熟过程中,它们的转录量先减少后增加[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba].我们的工作与发表的结果之间的差异可能表明,在东方甜瓜果实中存在多个AOS同工酶,这些同工酶在其他物种中受到遗传和环境因素的不同调控。在甜瓜中,我们发现了AOS在不同成熟阶段的两个同工酶,它们催化10-OPDA和12-OPDA的形成,并在25 DAA时达到最大表达量。gydF4y2Ba

淀粉和蔗糖代谢gydF4y2Ba

水果中积累的可溶性糖主要是蔗糖、葡萄糖和果糖。蔗糖不仅决定水果的甜度和风味,而且是合成其他重要品质成分和风味物质的基本化合物,例如芳香物质和色素[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba61gydF4y2Ba].淀粉和蔗糖代谢相关酶在果实成熟和衰老过程中起着重要作用。我们的研究清楚地表明,随着果实成熟从5 DAA到35 DAA的推进,糖含量显著增加(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba“C”)。甜瓜中蔗糖含量的增加与淀粉和蔗糖代谢相关的蛋白质分布密切相关。我们鉴定并定量了两种蔗糖合成途径,分别是蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)。gydF4y2Ba12gydF4y2Ba).SS在蔗糖合成中的作用在许多水果中是众所周知的[gydF4y2Ba62gydF4y2Ba,gydF4y2Ba63gydF4y2Ba].SS是西瓜成熟过程中催化蔗糖形成的最重要的酶之一[gydF4y2Ba64gydF4y2Ba].在蛋白质组学水平上,我们发现SS在果实成熟过程中显著增加,并在35 DAA时达到最大表达。此外,我们还发现了SPS的显著上调。SPS与糖的积累、果实品质的形成、成熟和衰老密切相关[gydF4y2Ba65gydF4y2Ba,gydF4y2Ba66gydF4y2Ba].在两个番茄品种中,SPS与蔗糖含量的变化相匹配,并导致果实成熟过程中蔗糖含量迅速增加[gydF4y2Ba67gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

图12gydF4y2Ba
图12gydF4y2Ba

淀粉和蔗糖代谢。受调控酶的蛋白质水平用彩色方块表示。按顺序排列(gydF4y2Ba从左到右gydF4y2Ba),显示5DAA、15DAA、25DAA和35DAA的级gydF4y2Ba

Cm的基因表达gydF4y2Ba魔法石,第1章gydF4y2Ba和CmgydF4y2BaSPS1gydF4y2Ba在本研究中,在成熟过程中显著增加(图;gydF4y2Ba10gydF4y2Ba).因此,这些基因的表达与果实成熟有关。SS和SPS基因的活性反映了苹果蔗糖的合成和积累,在成熟期这两种基因的表达均显著增加[gydF4y2Ba67gydF4y2Ba,gydF4y2Ba68gydF4y2Ba].猕猴桃的三个SPS基因在外源乙烯处理后增加,在更年期成熟过程中再次增加[gydF4y2Ba69gydF4y2Ba].但SPS基因的mRNA表达量在草莓果实发育过程中逐渐升高,而SS在白果期或转轮期持续降低[gydF4y2Ba70gydF4y2Ba].在另一个东方甜瓜品种Gotgam果实成熟过程中,这两种蔗糖前体在8dap时上调,在8dap时下调[gydF4y2Ba71gydF4y2Ba].此外,CmgydF4y2Ba魔法石,第1章gydF4y2Ba甜瓜果实发育呈下降趋势[gydF4y2Ba72gydF4y2Ba这与我们的结果不一样。在以往的研究中,SS在甜瓜中的作用是模糊的,甚至是矛盾的。蔗糖合成酶可催化分解蔗糖作为细胞壁和淀粉的底物[gydF4y2Ba73gydF4y2Ba].因此,我们推测SS似乎对甜瓜蔗糖的合成有重要作用,但对淀粉的形成没有作用。我们的工作提供了蛋白质组学证据,表明在成熟的东方甜瓜果实中,随着蔗糖的快速合成,SS和SPS变得更加丰富。gydF4y2Ba

udp -葡萄糖醛酸酯-4-外酯酶、udp -葡萄糖-6-脱氢酶、果胶酯酶(PE)和聚半乳糖醛酸酶(PG)被认为是产生和分解果胶的关键酶[gydF4y2Ba74gydF4y2Ba].使用水果硬度测试仪,我们发现硬度在25 DAA后显著下降。果实的硬度与可溶性果胶含量密切相关[gydF4y2Ba75gydF4y2Ba].PE和PG分别催化果胶酸酯和d -半乳糖酸酯的形成,加速果实软化[gydF4y2Ba76gydF4y2Ba,gydF4y2Ba77gydF4y2Ba].在蛋白质组学水平上,随着果实从5 DAA成熟到35 DAA,这些蛋白质的含量显著增加,同时硬度下降。与此同时,以往的许多研究表明,随着PG活性的逐渐增加,番茄的硬度逐渐降低[gydF4y2Ba78gydF4y2Ba],桃子[gydF4y2Ba79gydF4y2Ba]、猕猴桃[gydF4y2Ba80gydF4y2Ba和其他软化的水果。PG蛋白已从成熟水果中分离纯化,如番茄和桃子。在番茄中,PG蛋白有3种同工酶,分别为PG1、PG2a和PG2b3。它们是在果实成熟和软化过程中逐渐积累起来的[gydF4y2Ba81gydF4y2Ba,gydF4y2Ba82gydF4y2Ba]并显示出与iTRAQ结果相似的趋势。巴雷特。et al。found that PE activity gradually increased during cherry maturation, and “Bartlett” and “La France”fruits had similar characteristics [83gydF4y2Ba].有趣的是,此前对榴莲和猕猴桃的研究表明,在采后果实软化过程中,PE活性呈下降趋势,并且没有特定的酶参与调节果实软化。因此,我们推测PE活性可能与样品类型或其他因素有关,值得进一步研究。gydF4y2Ba

此外,还鉴定出两种参与果胶生物合成的酶(udp -葡萄糖醛酸盐-4-异戊二烯酶和udp -葡萄糖-6-脱氢酶),它们在35daa时都先下降后略有上升(图2)。gydF4y2Ba12gydF4y2Ba).结果表明,果胶在成熟前期积累,逐渐分解,导致果实硬度降低。gydF4y2Ba

糖酵解代谢gydF4y2Ba

糖酵解代谢是酶将葡萄糖降解为丙酮酸并生成ATP的过程。它是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解和产生能量的常见代谢途径[gydF4y2Ba84gydF4y2Ba].在我们的研究中,确定了几种涉及糖酵解代谢的蛋白质。磷酸果糖激酶(PFK)将果糖-6-磷酸(F6P)和ATP转化为果糖-1,6-二磷酸(FDP)和ADP,作为簇1中的一种蛋白质被鉴定和定量,在成熟过程中显著增加(图6)。gydF4y2Ba13gydF4y2Ba).有趣的是,最近有报道称柠檬酸参与增加ATP水平并抑制PFK活性[gydF4y2Ba85gydF4y2Ba].由此可以推断,在果实成熟阶段,由于酸的减少,对酶的抑制作用减轻,表达量增加。gydF4y2Ba

图13gydF4y2Ba
图13gydF4y2Ba

糖酵解代谢。受调控酶的蛋白质水平用彩色方块表示。按顺序排列(gydF4y2Ba从左到右gydF4y2Ba),显示5DAA、15DAA、25DAA和35DAA的级gydF4y2Ba

磷酸甘油酸激酶(PGK)和3-磷酸甘油酸脱氢酶(GAPDH)在果实成熟过程中呈下降趋势,在5 DAA时达到峰值。它们的联合作用将3-磷酸甘油醛(G3PDH)转化为3-磷酸甘油酯(G3P)。最近有报道称GAPDH参与DNA复制、DNA修复、膜融合、RNA转运、微管束化以及高尔基体和内质网之间的囊泡转运[gydF4y2Ba86gydF4y2Ba].这一结果与聚类4的氧化石墨烯富集一致。gydF4y2Ba

丙酮酸激酶(PK)催化磷酸烯醇丙酮酸(PEP)生成丙酮酸(PA),是维持糖酵解代谢网络的重要成分。PK主要存在于聚类3中,在15 DAA时表达量最大。gydF4y2Ba

PA在有氧条件下通过丙酮酸脱氢酶(PDH)生成乙酰辅酶a。这一过程一般发生在成熟阶段。厌氧条件下乳酸脱氢酶(LDH)产生的乳酸和PDH条件下产生的乙醛均出现在未成熟阶段,并在成熟过程中显著降低。gydF4y2Ba

此外,我们还发现醛脱氢酶(ALDH)在成熟过程中呈先上调后下调的趋势。我们进一步发现ADH在果实成熟过程中上调。ALDH和ADH分别负责在水果中产生乙酸和乙醇。在蛋白质组学水平上,它们分别达到25 DAA和35 DAA的峰值。西瓜和杨桃果实成熟过程中乙醇水平上调[gydF4y2Ba87gydF4y2Ba,gydF4y2Ba88gydF4y2Ba],而乙酸在柑桔成熟后期下调[gydF4y2Ba89gydF4y2Ba],这与我们的分析一致。ALDH在果实生长发育中起着重要作用。李小琴等。[gydF4y2Ba90gydF4y2Ba]报道了ALDH基因超家族在苹果中的表达模式与本研究结果相似。gydF4y2Ba

在本研究中,糖酵解代谢途径中大部分差异表达蛋白在果实成熟过程中显著升高,只有少数酶显著降低。可以推测,大部分糖酵解代谢通路在成熟期是活跃的,只有少数代谢通路在未成熟期是活跃的。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

甜瓜果实在成熟过程中硬度、果皮颜色、SSC、含糖量和挥发性化合物的产生发生了显著变化。这些生理变化不仅揭示了果实的成熟代谢过程,而且与iTRAQ技术得到的蛋白质动态变化有重要联系,首次对东方甜瓜果实不同成熟阶段的蛋白质谱进行了研究。gydF4y2Ba

这些发现有助于了解甜瓜果实的糖酵解、α-亚麻酸代谢、淀粉和蔗糖代谢等代谢途径。所有这些过程在很大程度上决定了最终的水果质量。部分蛋白质在这些途径中发生了较大的变化,可作为不同成熟度甜瓜的新的蛋白质标记。因此,本研究为探索甜瓜发育成熟的控制参数提供了新的途径。gydF4y2Ba

缩写gydF4y2Ba

AAT:gydF4y2Ba

醇乙酰转移酶gydF4y2Ba

抗利尿激素:gydF4y2Ba

乙醇脱氢酶gydF4y2Ba

自动增益控制:gydF4y2Ba

自动增益控制gydF4y2Ba

ALDH:gydF4y2Ba

醛脱氢酶gydF4y2Ba

AOC:gydF4y2Ba

烯氧化物环化酶gydF4y2Ba

代谢:gydF4y2Ba

烯氧化物合酶gydF4y2Ba

DAA:gydF4y2Ba

开花后几天gydF4y2Ba

消化:gydF4y2Ba

Differencegel电泳gydF4y2Ba

英孚:gydF4y2Ba

错误的因素gydF4y2Ba

自由:gydF4y2Ba

的特性,6-diphosphategydF4y2Ba

支撑材:gydF4y2Ba

火焰电离检测器gydF4y2Ba

F6P:gydF4y2Ba

Fructose-6-phosphategydF4y2Ba

GAPDH:gydF4y2Ba

3 -磷酸甘油酸脱氢酶gydF4y2Ba

气相:gydF4y2Ba

相色谱分析-质谱法gydF4y2Ba

走:gydF4y2Ba

基因本体论gydF4y2Ba

G3P:gydF4y2Ba

3 -磷酸甘油酯gydF4y2Ba

G3PDH:gydF4y2Ba

甘油醛3 -磷酸gydF4y2Ba

惠普:gydF4y2Ba

顶部空间gydF4y2Ba

iTRAQ:gydF4y2Ba

等压标签的相对和绝对量化gydF4y2Ba

LDH:gydF4y2Ba

乳酸脱氢酶gydF4y2Ba

液态氧:gydF4y2Ba

脂氧合酶gydF4y2Ba

PA:gydF4y2Ba

丙酮酸gydF4y2Ba

主成分分析:gydF4y2Ba

主成分分析gydF4y2Ba

PDH:gydF4y2Ba

丙酮酸脱氢酶gydF4y2Ba

体育:gydF4y2Ba

果胶酯酶gydF4y2Ba

动员:gydF4y2Ba

磷酸丙酮酸gydF4y2Ba

PFK:gydF4y2Ba

磷酸果糖激酶gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba

聚半乳糖醛酸酶gydF4y2Ba

PGK:gydF4y2Ba

磷酸甘油酸酯激酶gydF4y2Ba

萃取:gydF4y2Ba

固相微萃取gydF4y2Ba

SPS:gydF4y2Ba

蔗糖磷酸合成酶gydF4y2Ba

SS:gydF4y2Ba

蔗糖合成酶gydF4y2Ba

SSC:gydF4y2Ba

可溶性固形物含量gydF4y2Ba

二:gydF4y2Ba

Two-dimensionalgel电泳gydF4y2Ba

参考文献gydF4y2Ba

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下载参考gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

感谢董鑫源、邓建辉、王顺的数据解读和技术支持。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

本研究得到国家自然科学基金(31471868)的资助。gydF4y2Ba

数据和材料的可用性gydF4y2Ba

所有数据均完全可用,不受限制。我们在附加文件中提供了原始数据gydF4y2Ba9gydF4y2Ba和附加文件gydF4y2Ba11gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

XG对实验设计、东方甜瓜种植和取样、生物信息分析以及生物学和数据解释做出了贡献。JX、XC和HC对东方甜瓜的采样和数据解释做出了贡献。HQ确定了工作目标和技术方法,并为实验设计、生物信息学分析和数据解释做出了贡献。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。gydF4y2Ba

作者的信息gydF4y2Ba

郭晓欧、徐晶晶、崔晓辉和陈浩是中华人民共和国辽宁省沈阳市沈阳农业大学园艺学院的研究生。齐红艳,中华人民共和国辽宁省沈阳市沈阳农业大学园艺学院教授。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者宣称不存在竞争利益。gydF4y2Ba

发表同意书gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

伦理批准并同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba

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对应到gydF4y2Ba支气gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

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实时PCR引物。(PDF 120kb)gydF4y2Ba

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主成分加载矩阵。(PDF 143kb)gydF4y2Ba

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蛋白质鉴定的统计结果。(PDF 90kb)gydF4y2Ba

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肽片段离子的分布。(PDF 126kb)gydF4y2Ba

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蛋白质相对分子质量的分布。(PDF 127kb)gydF4y2Ba

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多肽序列长度分布。(PDF 130kb)gydF4y2Ba

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多肽数量分布。(PDF 126kb)gydF4y2Ba

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蛋白质相关图。(PDF 294kb)gydF4y2Ba

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甜瓜4个成熟期蛋白质的差异表达。(xlsx2405 kb)gydF4y2Ba

附加文件10:gydF4y2Ba

不同成熟期蛋白质的层次聚类分析。(PDF 259kb)gydF4y2Ba

附加文件11:gydF4y2Ba

硬度、果皮颜色、SSC、挥发性化合物、糖含量、乙烯产量和基因表达分析的原始数据。(xlsx19 kb)gydF4y2Ba

权利和权限gydF4y2Ba

开放获取gydF4y2Ba本文根据创作共用属性4.0国际许可协议(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/gydF4y2Ba),允许在任何媒介上不受限制地使用、分发和复制,前提是您对原作者和来源给予适当的赞扬,提供到创作共用许可证的链接,并注明是否进行了更改。创作共用公共领域奉献弃权书(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/gydF4y2Ba)除另有说明外,适用于本条所提供的资料。gydF4y2Ba

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郭鑫,徐杰,崔鑫,李志强。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba基于itraq的东方甜瓜不同发育阶段蛋白质分析及果实品质变化gydF4y2BaBMC植物生物学gydF4y2Ba17,gydF4y2Ba28(2017)。https://doi.org/10.1186/s12870-017-0977-7gydF4y2Ba

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