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通过对大豆子叶、胚、叶片和荚果的定量蛋白质组学和生理生化分析,揭示了高温和湿度胁迫对大豆种子活力形成的影响G.ydF4y2Ba

摘要G.ydF4y2Ba

背景G.ydF4y2Ba

大豆培养种子易受该领域的高温和湿度(Hth)应力的影响,导致活力。实际上,大豆种子生长和发育过程中该领域的Hth也将胁迫整个植物,特别是在叶片和豆荚上,这反过来影响种子生长和发展,以及通过营养供应和保护的活力形成。G.ydF4y2Ba

结果G.ydF4y2Ba

在本研究中,使用一对预先收获种子劣化敏感和宁珍No.1和祥沟3号,通过分析胚胎,胚胎研究了Hth胁迫在生理成熟期间对种子活力形成的综合影响,叶子和豆荚,蛋白质,超微结构和生理学和生物化学水平。在Cotyledon,胚胎和叶片中鉴定了247,179和517个差异丰富的蛋白质(Daps)。Xiangdou No.3在Hth胁迫下,同时在Cotyledon,胚胎和CV的叶片中鉴定了235,366和479个点。Ningzhen No.1.此外,在Hth胁迫下分别在子叶,胚胎和叶片中鉴定了120,144和438个隔板。此外,在Hth胁迫下分别在子叶,胚胎和叶片中鉴定了两种品种之间的120,144和438个隔膜。发现大多数鉴定的椎间椎间斑点涉及主要代谢途径和细胞过程,包括信号转导,三羧酸循环,脂肪酸代谢,光合作用,蛋白质加工,折叠和组装,蛋白质生物合成或降解,植物 - 病原体相互作用,淀粉和蔗糖新陈代谢和氧化应激反应。在湘口3号的四个器官中,HTH胁迫对宁珍第3号的第三个器官的代谢途径,细胞超微结构和生理学以及生物化学产生负面影响较少。导致前者产生更高的活力。G.ydF4y2Ba

结论G.ydF4y2Ba

通过增加蛋白质生物合成和子叶中的蛋白质生物合成和营养储存,胚胎中较强的稳定性和活力,在叶子中更强大的光合容量和营养供应,以及在Hth胁迫下更强的保护,通过增加高种子活力的形成。这些结果在HTH胁迫下提供了叶,荚和种子(胞嘧啶和胚胎)的综合特征,其中一些方法可以用作大豆高种子活力育种程序中的选择指数。G.ydF4y2Ba

背景G.ydF4y2Ba

温度和湿度是两个与种子生长和发育中字段相关联的枢转环境因素。高的温度和湿度条件,不仅可以影响种子产量和质量,而且还减少种子活力和存储容量[G.ydF4y2Ba1G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba,导致收获前种子变质。种子活力是一种复杂的特性,它决定了种子快速均匀发芽和随后生长的潜力[G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba].此外,HTH胁迫还会严重干扰种子发育过程中的膜组成[G.ydF4y2Ba4G.ydF4y2Ba].G.ydF4y2Ba

大豆(G.ydF4y2Ba大豆G.ydF4y2Ba(L.)美林)是最重要的豆类作物之一,对全球经济产生重大影响[G.ydF4y2Ba5G.ydF4y2Ba].发展大豆种子的活力通常从生理成熟时(R7)期间开始。在此期间,显影种子易受Hth胁迫的影响,导致活力的减少。这种情况发生在世界各地的许多大豆生产区[G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba8G.ydF4y2Ba].蛋白质是植物细胞骨架、细胞膜和细胞壁的重要结构成分,是种子中大部分代谢途径和细胞过程的主要组成部分。因此,通过描述种子、种子组织、特定细胞类型或亚细胞室的蛋白质组来了解植物的生理过程是有意义的[G.ydF4y2Ba9G.ydF4y2Ba].G.ydF4y2Ba

在蛋白质水平到目前为止,许多研究人员调查了种子活力[G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba11G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba12G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba13G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba14G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba15G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba16G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba17G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba18G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba19G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba20.G.ydF4y2Ba].近年来,人们对HTH胁迫对大豆种子活力形成的影响进行了蛋白质组学研究。例如,Wang等人[G.ydF4y2Ba21G.ydF4y2Ba通过二维电泳(2-de)分析了Hth胁迫对Hargest种子劣化敏感大豆品种的活力形成的影响。马等人。[G.ydF4y2Ba22G.ydF4y2Ba揭示了HTH胁迫对2-DE对收获前抗变质大豆品种活力形成的影响。Song等人[G.ydF4y2Ba23G.ydF4y2Ba报道了在HTH胁迫下,利用一对收获前种子变质敏感和抗变质大豆品种发育种子的差异蛋白质组学分析。在这些研究中,许多蛋白质被发现参与了可能与大豆种子活力相关的代谢途径和细胞过程。在HTH胁迫下,采前抗腐品种比采前抗腐品种具有更强的ROS清除能力和细胞防御能力。然而,所有这些研究都以发育完整的种子为实验材料,研究HTH胁迫对大豆种子活力形成的影响。实际上,HTH条件除了影响种子发育外,还会影响整个植株,尤其是叶片和豆荚。大豆叶片是光合作用的主要场所,有助于植物生物量和能量的生物合成[G.ydF4y2Ba24G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba25G.ydF4y2Ba].大豆荚皮肤不仅可以保护种子,而且还通过光合作用提供种子生长和发展的营养素。因此,在研究Hth胁迫下研究种子活力形成时,必须考虑叶片和荚的反应。在本研究中,使用一对蛋白质,超微结构和生理学和生物化学水平的一对预先收获种子劣化敏感和 - 培养豆制品种评估Hth胁迫对种子活力形成的综合影响。采用相对和绝对量化(ITRAQ)的等因素标签技术来检测应力期间蛋白质的变化。目的是在子叶,胚胎,叶片和荚中找到种子活力形成的主要代谢途径和细胞过程,并为进一步揭示Hth胁迫下的种子活力形成机制的基础。G.ydF4y2Ba

结果G.ydF4y2Ba

对Hth压力的生理反应G.ydF4y2Ba

采前抗变质大豆品种之间的净光合速率没有差异。香豆3号和敏感cv。宁镇1号在正常情况下(图)。G.ydF4y2Ba1G.ydF4y2Baa).然而,值得注意的是,大豆的净光合速率。香豆3号显著(G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba< 0.01)高于cv。宁镇1号在24和96 h的胁迫时间点(图2)。G.ydF4y2Ba1G.ydF4y2Bab)。G.ydF4y2Ba

图1G.ydF4y2Ba
图1.G.ydF4y2Ba

大豆的净光合速率。香豆3号和宁镇1号。G.ydF4y2BaA.G.ydF4y2Ba,在控制条件下;G.ydF4y2BaB.G.ydF4y2Ba,在HTH压力下。所示值为三个生物重复的平均值±SD (**,G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba< 0.01)G.ydF4y2Ba

HTH应力下的显微组织比较G.ydF4y2Ba

利用透射电镜(TEM)对两个品种的子叶、胚、叶片和荚果分别在HTH胁迫(96 h)和对照(96 h)下进行透射电镜分析。与对照相比(图。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2BaA), cv子叶细胞未见明显的细胞结构变化。香豆3号(图)G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba然而,在cv的子叶细胞中。宁镇1号在HTH应力作用下,脂质体排列疏松,出现大量空洞(图。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2BaC和D)。与对照相比(图。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Bae),CV胚胎细胞中蛋白质的数量。相应地减少了Xiangdou No.3(图。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2BaF),而在CV的胚胎细胞中崩解了较大数量的蛋白质。宁镇1号在HTH胁迫下(图)。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba在HTH胁迫下,两种大豆品种的叶肉细胞叶绿体和淀粉粒数量均显著减少,而大豆品种的下降幅度更大。宁镇比简历排名第一。香豆3号(图)G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2BaI和J,图。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Bak和l)。此外,在CV中观察到大量吞噬体。Ningzhen No.1在HTH胁迫下,表明其叶片细胞的衰老被应力加速(图。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba在荚果(皮肤)细胞中,与对照相比(图。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2BaM), cv中线粒体的数量。香豆3号在HTH胁迫后增加(图。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ban)。有趣的是,与对照相比(图G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2BaO)、荚果(皮肤)细胞内的所有细胞器。在HTH胁迫下,宁镇1号消失。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2BaP)。所有这些结果表明,HTH压力施加在大豆品种的叶,荚,子叶和胚芽较大的负面影响。宁镇1号比在那些品种的。香豆第3位。G.ydF4y2Ba

图2G.ydF4y2Ba
图2.G.ydF4y2Ba

大豆植株的透射电子显微照片。香豆3号和宁镇1号。HTH胁迫(96 H)和对照(96 H)下,两品种子叶(A, B, C, D)、胚(E, F, G, H)、叶片(I, J, K, L)和荚果(M, N, O, P)的显微结构变化。A, C, I, K, 5.0 μm;E, G, J, L, 10.0 μm;B、D、1.0 μm;F, H, M-P, 2.0 μm;C,叶绿体;骑兵,空化;连续波,细胞壁; CM, cell membrane; CN, cell nucleus; LB, lipid body; M, mitochondrion; P, phagosome; PB, protein body; S, starch grain

可溶性蛋白质,可溶性糖,丙二醛(MDA),HTH胁迫下的淀粉含量的变化G.ydF4y2Ba

分别测定了两个大豆品种子叶、叶片和荚(皮)中可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛和淀粉的含量(图2)。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba).淀粉含量(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaA和B)和蔗糖(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaC和D)在Hth胁迫下的栽培品种的子叶中减少,但CV的淀粉含量。祥沟3号维持比CV的水平更高。宁镇1号在应激时间点为168 h。在CV中降低了子叶中的可溶性蛋白质含量。Ningzhen No.1但在简历中增加。湘口No.3在Hth胁迫下(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba此外,在HTH胁迫下,两种品种子叶中MDA含量均增加,而cv子叶中MDA含量增加。宁镇第一保持了远高于cv的水平。香豆3号(图)G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaG和H)。所述HTH应力引起了淀粉(图显著降低。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaI和J,图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaQ和R),蔗糖(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Bak和l,图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaS和T)和可溶性蛋白(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaM和N,图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Bau和v)叶片和豆荚的含量。但是,淀粉(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaJ和R)和可溶性蛋白(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba叶片和荚果中N和V的含量,蔗糖(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaL和T)的含量。香豆3号保持了高于cv的水平。宁镇1号在应激时间点为168 h。在HTH胁迫下,两种大豆品种叶片和荚果中丙二醛含量均有所增加,而cv和cv的丙二醛含量均有所增加。宁镇1号高于cv。香豆3号(图)G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2BaO和P,图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Baw和x)。G.ydF4y2Ba

图3G.ydF4y2Ba
图3.G.ydF4y2Ba

大豆生理测量。香豆3号和宁镇1号在HTH胁迫下。子叶(A, B)、叶(I, J)和荚(Q, R)的淀粉含量;子叶(C, D)、叶(K, L)和荚(S, T)的蔗糖含量;子叶(E, F)、叶(M, N)和荚(U, V)的可溶性蛋白含量;子叶(G, H)、叶(O, P)和荚果(W, X)中MDA含量;所示值是三个生物重复的平均值±SD。(* *,G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba< 0.01)G.ydF4y2Ba

几乎所有过氧化物酶(POD),超氧化物歧化酶(SOD)和CAT的CV中的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(猫)的酶活性。湘沟第3号被发现是显着的(G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba < 0.05 orP.G.ydF4y2Ba< 0.01)。但大多数酶的活性显著(G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba < 0.05 orP.G.ydF4y2Ba< 0.01) cv降低。HTH应力下的宁镇1号(附加文件G.ydF4y2Ba1G.ydF4y2Ba:图S1;额外的文件G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba:图S2;额外的文件G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba:图S3;额外的文件G.ydF4y2Ba4G.ydF4y2Ba:图S4)。这些结果表明,大豆对活性氧(ROS)的清除能力较强。香豆3号比cv强。宁镇1号在HTH压力下。G.ydF4y2Ba

HTH胁迫对大豆种子萌发的影响G.ydF4y2Ba

与对照相比,大豆品种的发芽势、发芽率和苗高均显著高于对照。香豆3号无显著性差异(G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba> 0.05)在HTH胁迫时间点24和96 h时发生变化,但显著(G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba< 0.01)。G.ydF4y2Ba4G.ydF4y2Baa,c和e)。大豆CV的发芽势和萌发率。Ningzhen第1号显着(G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba< 0.01)D.E.C.reased at the stress time points of 96 and 168 h (Fig.4G.ydF4y2BaB和D)。大豆CV的幼苗高度。Ningzhen第1号显着(G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba< 0.01)在24h、96 h和168 h的应力时间点降低(图1)。G.ydF4y2Ba4G.ydF4y2Baf)。此外,萌发势,萌发率和大豆CV的幼苗高度。Ningzhen No.1更为显着(G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba< 0.01)明显低于cv。湘口No.3在Hth胁迫下(图。G.ydF4y2Ba4G.ydF4y2Bag,h和i)中。这些结果表明,大豆品种。香豆号3具有更高的种子萌发势比CV。宁镇1号在HTH压力下。G.ydF4y2Ba

图4G.ydF4y2Ba
图4.G.ydF4y2Ba

发芽势、发芽率、苗高分析。采前抗变质大豆种子的萌发潜力。香豆3号(G.ydF4y2BaA.G.ydF4y2Ba)和-敏感简历。宁镇第1号(G.ydF4y2BaB.G.ydF4y2Ba)在HTH压力和控制下。结果表明,cv。香豆3号(G.ydF4y2BaC.G.ydF4y2Ba)和简历。宁镇第1号(G.ydF4y2BaD.G.ydF4y2Ba)在HTH压力和控制下。CV的苗高。香豆3号(G.ydF4y2BaE.G.ydF4y2Ba)和简历。宁镇第1号(G.ydF4y2BaF.G.ydF4y2Ba)在HTH压力和控制下。发芽势(G.ydF4y2BaG.G.ydF4y2Ba)、发芽率(G.ydF4y2BaH.G.ydF4y2Ba)及幼苗高度(G.ydF4y2Ba我G.ydF4y2Ba)的简历。香豆3号和cv。宁镇1号在HTH压力下。值为三个生物重复的平均值±SD (**,G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba< 0.01)G.ydF4y2Ba

HTH胁迫下子叶、胚和叶片的定量蛋白质组学分析G.ydF4y2Ba

所有上述结果表明大豆CV。祥沟3号比CV更容易耐受HTH胁迫。宁珍在种子生长和发展期间的第1号。因此,分别在治疗期间在24,96和168小时内取样来自应力和对照植物(R7时期)的子叶,胚胎和叶子,用于ITRAQ分析。在大豆的简历。在Hth胁迫下分别在子叶,胚胎和叶中鉴定了总共235,366和479个隔膜的Ninzhen No.1,共鉴定出来。其中,在胚胎中的146例中,胚胎中的120例蛋白和叶中的235个蛋白质被累积在丰度中,而子叶中的89例蛋白,胚胎中的246例蛋白和叶中的244例蛋白质在丰度下降低(图。G.ydF4y2Ba5G.ydF4y2Ba一个;额外的文件G.ydF4y2Ba5G.ydF4y2Ba: S1-S3)。G.ydF4y2Ba

图5G.ydF4y2Ba
图5.G.ydF4y2Ba

的DAP的数目的维恩图分析。的DAP在叶,子叶,胚和大豆品种的控制和HTH应力之间。宁镇第1号(G.ydF4y2BaA.G.ydF4y2Ba)和简历。香豆3号(G.ydF4y2BaB.G.ydF4y2Ba)分别。在Hth胁迫下的叶片,子叶和胚胎中的栓塞(G.ydF4y2Ba0063G.ydF4y2Ba).括号中无下划线的数字表示大量累积的dap,括号中有下划线的数字表示大量减少的dapG.ydF4y2Ba

在大豆的简历。香豆3号在HTH胁迫下,子叶、胚和叶片中分别鉴定出247、179和517个DAPs。其中,子叶中有134个蛋白、胚中有103个蛋白、叶中有313个蛋白丰度增加,子叶中有113个蛋白、胚中有76个蛋白、叶中有204个蛋白丰度降低(图2)。G.ydF4y2Ba5G.ydF4y2BaB;额外的文件G.ydF4y2Ba5G.ydF4y2Ba:S4-S6)。G.ydF4y2Ba

比较了大豆品种对应器官和HTH胁迫点的蛋白质组结构。香豆3号和cv。Ningzhen 1号。在子叶、胚和叶片中分别鉴定出120、144和438个DAPs。其中,子叶中有87个蛋白质丰度,胚中有64个蛋白质丰度,叶片中有221个蛋白质丰度。此外,子叶中有33个蛋白的丰度降低,胚中有80个蛋白的丰度降低,叶片中有217个蛋白的丰度降低。G.ydF4y2Ba5G.ydF4y2Bac;额外的文件G.ydF4y2Ba5G.ydF4y2Ba:S7-S9)。G.ydF4y2Ba

在HTH压力下的击贴和Kegg分析G.ydF4y2Ba

所识别的DAP进一步进行GO分类和KEGG途径分析。有在子叶42种代谢途径和在胚胎在收获前种子恶化敏感的大豆品种改变50。宁镇1号,而在子叶37和在胚胎41在收获前种子耐劣化-CV被改变。香豆3号HTH应力下。其中,代谢过程,细胞质和酶调节活性是最大的组中的生物过程,细胞组分和分子功能类别,分别在子叶和CV的胚胎。宁镇号1和Cv的胚胎。湘口号3(附加文件G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba:图。S7 A;额外的文件G.ydF4y2Ba8G.ydF4y2Ba图S8 AB;额外的文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba:S1,S2,S5)。增强了三萜类化合物的生物合成,而在CV的子叶和胚胎中减少了蔗糖和淀粉代谢。宁镇第1号(附加文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba: S1, S2)。在cv的子叶中。香豆3号在生物过程、细胞组分和分子功能分类中分别以对刺激的响应、细胞质和结合为最大组(附文件)G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba:图S7 B;额外的文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba: S4)。在子叶和胚中,精氨酸的生物合成得到增强。湘口号3(附加文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba:S4,S5)。在CVS Ningzhen No.1和Xiangdou No.3的CVS叶片中有53和57种代谢途径。其中,在CV中分别在生物学过程,细胞成分和分子函数类别中排名第一在生物学过程中的第一种方法,叶绿体和结合。宁镇第1号(附加文件G.ydF4y2Ba9G.ydF4y2Ba:图S9 A;额外的文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba:S3),而代谢过程,叶绿体和酶调节活性分别排在生物过程中,细胞组分和分子功能类别的第一,分别在CV。湘口号3(附加文件G.ydF4y2Ba9G.ydF4y2Ba:图S9 B;额外的文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba:S6)。内质网加工的蛋白质,三羧酸(TCA)循环和脂肪酸降解得到了加强,而光合作用,信号转导和植物病原体相互作用是在CV的叶降低。宁镇第1号(附加文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba: S3)。三羧酸循环增强,丙酮酸代谢增强,硫代谢增强,光合作用减弱,病原互作减弱。湘口号3(附加文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba:S6)。G.ydF4y2Ba

为大豆cv之间。香豆3号和cv。宁镇1号在HTH胁迫下,子叶和胚中分别有26条和29条代谢途径发生改变。其中,在子叶中,代谢过程、叶绿体和酶调节活性分别是生物过程、细胞组分和分子功能类别中最大的类群(附加文件)G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba:图S7 C;额外的文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba: S7);在胚胎中,翻译、细胞质和营养库活性分别是生物过程、细胞组分和分子功能类别中最大的类群(附加文件)G.ydF4y2Ba8G.ydF4y2Ba:图S8 C;额外的文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba:S8)。此外,在子叶,脱落酸信令,细胞骨架,蛋白质的生物合成和氧化应激反应的进行HTH应力下增强(附加文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba: S7),而在胚胎中,在HTH胁迫下脱落酸信号传导和氧化应激反应增强(附加文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba:S8)。发现叶子中有62条代谢途径。其中,分别在生物学过程,细胞组分和分子函数类别中排名第一的代谢过程,叶绿体和酶调节剂活性(附加文件G.ydF4y2Ba9G.ydF4y2Ba:图S9 C;额外的文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba: S9)。精氨酸的生物合成、固碳作用、光合作用、TCA循环、谷胱甘肽代谢和硫代谢增强,脂肪酸降解和磷脂酰肌醇信号传导减弱(附文件)G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba: S9)。G.ydF4y2Ba

点动分析分析G.ydF4y2Ba

定量RT-PCR(QRT-PCR)分析用于验证编码在大豆CV之间显影种子中鉴定的候选Hth-Encycentive蛋白的8个基因的表达。香豆3号和cv。Ningzhen No.1根据ITRAQ分析的Hth压力。发现六个基因在大豆CV中的Hth胁迫下始终如一的MRNA和蛋白质水平增加。香豆3号比cv。Ningzhen No.1。这六个基因编码了膜蛋白(ANN),小型热休克蛋白(SHSP),SOD,脱氢素(DHD),应激诱导的蛋白SAM22(SAM)和Camodulin(Cam)。此外,编码POD和脂氧合酶(LPX)的两个基因显示MRNA和蛋白质水平之间的不一定(图。G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba).这种差异可能归因于转录后和翻译后的调节过程[G.ydF4y2Ba26G.ydF4y2Ba].G.ydF4y2Ba

图6G.ydF4y2Ba
图6.G.ydF4y2Ba

在大豆CV之间编码种子中鉴定差异丰富蛋白质的MRNA和蛋白质水平的对比分析。香豆3号和cv。宁镇1号在HTH压力下。值是指±SD(G.ydF4y2BaNG.ydF4y2Ba= 3)通过cv比较。香豆3号到cv。Ningzhen 1号。膜联蛋白,安;钙调蛋白,CMD;Dehydrin DHD;脂肪氧合酶,LPX;过氧化物酶,豆荚;应激诱导蛋白SAM22;超氧化物歧化酶SOD; Small heat shock protein, chloroplastic, sHSP

讨论G.ydF4y2Ba

高的温度和湿度是导致大豆种子活力的种子生长和发育中的字段,它是常见的许多大豆产区世界各地期间减少两个枢转因素[G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba8G.ydF4y2Ba].近年来,利用蛋白质组学技术研究HTH胁迫对大豆种子活力形成的影响[G.ydF4y2Ba21G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba22G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba23G.ydF4y2Ba然而,所有这些研究都是用整个发育过程中的种子作为实验材料。本研究以子叶、胚、叶和豆荚为研究对象,从蛋白质、超微结构和生理生化水平研究HTH胁迫对大豆种子活力形成的影响。G.ydF4y2Ba

对两个大豆品种之间种子活力形成HTH应力的影响的比较G.ydF4y2Ba

在子叶中,信号通路[脱落酸(ABA)介导的,钙G.ydF4y2Ba2+G.ydF4y2Ba糖酵解[甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH),乙醇脱氢酶(ADH)],半胱氨酸和蛋氨酸生物合成[5-甲基四氢pteroyltriglutamate-同型半胱氨酸甲基转移酶(MT),蛋氨酸合酶(MS)],蛋白生物合成[40S核糖体蛋白(RP)、60S核糖体蛋白]、蛋白加工[热休克蛋白STI (STI)、SHSPs、SMP]、蛋白折叠组装[伴侣蛋白(CPs)、hsp90]均增强,而脂肪酸降解(多不饱和氧化)降低。香豆3号比cv。宁镇1号在HTH胁迫下(图)。G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba;额外的文件G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba:表S10)。结果表明,大豆子叶蛋白质合成增加。香豆3号在HTH胁迫下与可溶性蛋白含量变化一致(图3)。G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba).殷等人[G.ydF4y2Ba18G.ydF4y2Ba]报道,ABA参与种子老化。在这项研究中类似的结果表明,大豆品种。香豆3号可以通过增强其可通过提高内源ABA水平造成ABA信号抗蚀HTH应力。的RuBisCO是在卡尔文循环中的关键酶和起着光合作用的碳固定了中心作用。它催化核酮糖-1,5-二磷酸的羧化,以产生3-磷酸甘油酸的两个分子,同时氧化在光呼吸作用过程戊糖基片[G.ydF4y2Ba27G.ydF4y2Ba].有报道称,大豆种子在生理成熟期含有一些不具有任何光合作用的成熟叶绿体[G.ydF4y2Ba21G.ydF4y2Ba].因此,累积的Rubisco意味着在大豆CV的子叶中可能会升高光射率。湘沟3号以回应Hth胁迫。Hirokazu等。[G.ydF4y2Ba28G.ydF4y2Ba]表明,在ADH的减少降低幼苗活力和在稻种降低的糖浓度。此外,G.ydF4y2BaAtADH1G.ydF4y2Ba在控制和胁迫条件下,过表达植株比野生植株积累了更高水平的总可溶性糖和蔗糖[G.ydF4y2Ba29G.ydF4y2Ba].在本研究中,ADH的积累伴随着高水平的可溶性蛋白、蔗糖和淀粉(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba),提示抗利尿激素对种子活力的影响可能与增强养分储存直接相关。MT和MS催化从头生物合成蛋氨酸的末端步骤,蛋氨酸是多胺、乙烯和生物素生物合成的中间体[G.ydF4y2Ba30.G.ydF4y2Ba].增加的生物素合成的蛋白质是用于HTH胁迫下细胞膜的稳定性至关重要[G.ydF4y2Ba21G.ydF4y2Ba].此外,Yacoubi等人[G.ydF4y2Ba12G.ydF4y2Ba]报道积累MT平行种子活力,这与我们TEM分析和蛋白质组的结果(图一致增加。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba;无花果。G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba).据报道,RPS执行蛋白质生物合成的独立功能,HSP和CPS的量全部与种子活力密切相关。Catusse等。[G.ydF4y2Ba11G.ydF4y2Ba]报道GAPDH和RPs与甜菜种子活力呈正相关。Wu et al. [G.ydF4y2Ba31G.ydF4y2Ba建议HSP在高活力玉米种子中更丰富。Rajjou等人。[G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba结果显示,人工衰老组GAPDH升高,CPs抑制G.ydF4y2Ba拟南芥G.ydF4y2Ba种子。本研究结果表明,大豆子叶中CAT、POD、SOD活性较高,MDA含量较低。香豆3号在HTH应力下(附加文件G.ydF4y2Ba1G.ydF4y2Ba:图S1;无花果。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba),表明子叶的功能,特别是在细胞超微结构稳定、营养物质储存和蛋白质合成方面的功能。香豆3号表现强于收获前对种子变质敏感的大豆品种。宁镇1号在HTH压力下。G.ydF4y2Ba

图7G.ydF4y2Ba
图7.G.ydF4y2Ba

HTH胁迫对大豆生理生化过程。主要的改变代谢途径,叶,荚皮,子叶和胚芽HTH胁迫下两个品种之间的细胞过程和代谢物含量。正代谢途径,细胞过程和代谢物都标有“↑”,而negativeis标有“↓”。猫,过氧化氢酶;CP,分子伴侣蛋白质;HTH,高的温度和湿度;MDA(丙二醛;MT,5- methyltetrahydropteroyltriglutamate高半胱氨酸甲基转移酶;MS,甲硫氨酸合酶;豆荚,过氧化物酶; SHSP, small heat shock protein; SMP, seed maturation protein PM22; SOD, superoxide dismutase; STI, heat shock protein STI; RP, ribosomal protein

在胚胎中,信号通路(G蛋白介导、CaG.ydF4y2Ba2+G.ydF4y2Ba线粒体ATP合酶亚基O (MAS)、细胞色素c氧化酶(CCO)、半胱氨酸和蛋氨酸生物合成(MT)均增强,ABA信号传导和脂肪酸降解(β氧化)降低。下斗比cv排名第三。宁镇1号在HTH胁迫下(图)。G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba;额外的文件G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba:表S10)。ATP合酶亚基是一种膜结合酶复合物转运体,它将ATP的合成或水解与质子穿过线粒体内膜的运输结合在一起[G.ydF4y2Ba32G.ydF4y2Ba].CCO是在线粒体电子传递链中的最后复合物IV和负责从氧化的细胞色素c转移电子至最终受体氧[G.ydF4y2Ba33G.ydF4y2Ba].MAS和CCO的积累表明,在HTH胁迫下,种子发育过程中能量需求增加。我们以前的种子活力试验已经证明了大豆品种。香豆3号的生存能力强于cv。HTH胁迫下的宁镇1号[G.ydF4y2Ba34G.ydF4y2Ba].与以前的研究相比[G.ydF4y2Ba23G.ydF4y2Ba磷脂酰肌醇信号是一种新的发现,在大豆品种的胚中磷脂酰肌醇信号的表达增加。下斗3号在HTH应力下与cv形成对比。Ningzhen 1号。磷脂酰肌醇是一种主要由磷组成的前体结构磷脂,可产生涉及膜完整性的化合物[G.ydF4y2Ba35G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba36G.ydF4y2Ba].推测增强的磷脂酰肌醇信号可能维持了大豆胚细胞的稳定性。下斗3号在HTH应力下。结合TEM、生理生化结果(图。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba;额外的文件G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba(图S2)。香豆3号比收获前对种子变质敏感的大豆品种具有更强的生活力。宁镇1号在HTH压力下。G.ydF4y2Ba

光合作用、固碳作用、TCA循环、氧化应激防御、氨基酸生物合成(半胱氨酸、蛋氨酸、甘氨酸、精氨酸)和蛋白质折叠组装(CPs、hsp70、hsp83、hsp90)增强;有丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)]和脂肪酸降解(多不饱和氧化)降低。香豆3号,相比cv。宁镇1号在HTH胁迫下(图)。G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba;额外的文件G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba:表S10)。结果表明,大豆叶片抗氧化应激能力(抗坏血酸、醛达酸、谷胱甘肽代谢)增强。与cv相比,香豆3号在HTH胁迫下的表现更为明显。宁镇1号与抗氧化酶活性测定结果一致(图。G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba).ABA和MAPK在转换不同的细胞外刺激之类的诸如生物和非生物态的转导以及包括分化,增殖和死亡的发展响应的范围中发挥枢轴作用[G.ydF4y2Ba19G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba37G.ydF4y2Ba].在该研究中,大豆CV的叶片中MAPK信号传导降低。与大豆CV相比,湘陵3号在HTH胁迫下。Ningzhen No.1,暗示细胞死亡可能在大豆CV的叶中提高。Ningzhen No. 1在HTH的压力下。有趣的是,ABA合成的玉米黄质环氧酶的还原可能表明存在反馈调节的存在(图。G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba;额外的文件G.ydF4y2Ba6G.ydF4y2Ba:表S9)。与蛋白质组学结果一致,测得的净光合率分别为显著(G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba< 0.01)H.我G.H.E.r in soybean cv. Xiangdou No. 3 than in cv. Ningzhen No. 1 under the HTH stress, which might attribute to more chloroplasts in the leaves of soybean cv. Xiangdou No. 3 (Fig.1G.ydF4y2Ba;无花果。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba).除了那些之外,与大豆CV叶片中的高水平淀粉和可溶性蛋白质含量结合在一起。湘口No.3在Hth胁迫下(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba),我们的结果表明,预收获种子劣化大豆CV的叶子。祥沟3号具有较强的光合作用和营养供应,而不是预收获种子劣化敏感大豆CV。宁镇1号在HTH压力下。G.ydF4y2Ba

在豆荚(皮)细胞中,透射电镜分析表明,所有细胞器均消失。宁镇1号在HTH胁迫下线粒体数量增加。香豆3号(图)G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba).线粒体是植物细胞中ROS的主要来源,是氧化损伤的早期目标,其可以加速到劣化期间的其他细胞器的程度更大[G.ydF4y2Ba38G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba39G.ydF4y2Ba].大豆CV豆荚(皮肤)细胞中有细胞器的消失。Ningzhen No.1表明细胞超微结构在​​HTH胁迫下损坏,而大豆CV的荚(皮肤)细胞中的细胞超微结构。祥沟3号仍保持良好状态。此外,在大豆CV的荚中发现了豆荚,猫和SOD酶活性以及高水平的淀粉,蔗糖和可溶性蛋白质含量的急剧增加。湘口No.3在Hth胁迫下(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba;额外的文件G.ydF4y2Ba4G.ydF4y2Ba:图S4)。这些结果表明,大豆荚果中活性氧的清除能力和营养物质的转运能力增强。香豆3号在HTH胁迫下。综上所述,本研究结果表明,荚果对采前抗变质大豆种子的保护和营养供给具有重要作用。香豆3号仍强于收获前种子变质敏感品种。宁镇1号在HTH胁迫下(图)。G.ydF4y2Ba2G.ydF4y2Ba;无花果。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba;额外的文件G.ydF4y2Ba4G.ydF4y2Ba:图S4)。G.ydF4y2Ba

当种子(子叶和胚胎),叶和荚的大豆被暴露于Hth胁迫时,它们的信号传导途径(ABA介导,MAPK,G蛋白 - 介导,CAG.ydF4y2Ba2+G.ydF4y2Ba介导的,和磷脂酰肌醇)受到严重影响。此后,一些代谢途径和细胞过程(光合作用,糖酵解,蛋白质生物合成,蛋白质折叠和装配,氧化应激的防御)的增强,提高种子活力,而一些其它代谢途径和细胞过程将被降低以减少种子活力。下持久HTH应力,相对增强子叶(的蔗糖和可溶性蛋白含量的增加,淀粉和MDA含量和蛋白质的生物合成的减少),胚胎(活力),叶(光合作用和营养供应)的功能,和荚皮肤(保护和营养物供应)导致种子活力的改善(图G.ydF4y2Ba8G.ydF4y2Ba).所述HTH胁迫对信号通路较少的负面影响,代谢途径,细胞超微结构,和生理学和生物化学的子叶,胚,叶,和收获前种子耐劣化大豆品种的吊舱。香豆第3号比那些收获前种子恶化敏感的大豆品种的。宁镇1号,从而导致在第香豆3(图更高的种子活力。G.ydF4y2Ba4G.ydF4y2Ba).Song等人[G.ydF4y2Ba23G.ydF4y2Ba表明cv。与cv相比,香豆3号具有更强的ROS清除能力、细胞拯救和防御能力。宁镇1号在HTH树下生长,这可能是宁镇1号较后者耐腐的主要原因之一。这些结果为HTH胁迫下大豆叶片、荚果和种子的综合特性提供了依据,可作为大豆种子高活力育种的选择指标。G.ydF4y2Ba

图8G.ydF4y2Ba
图8.G.ydF4y2Ba

HTH胁迫下大豆活力增强机制的图示。叶、荚皮、子叶和胚中代谢途径和细胞过程的增强或代谢物的增加用“↑”标记,而减少用“↓”标记。脱落酸ABA;猫,过氧化氢酶;MAPK,丝裂原活化蛋白激酶;MDA(丙二醛;豆荚,过氧化物酶;ROS,活性氧;草皮,超氧化物歧化酶G.ydF4y2Ba

为什么从Hth强调植物产生的种子仍然可以发芽呢?G.ydF4y2Ba

经过168 h的HTH胁迫后,两个大豆品种的植株仍存活,但叶片衰老,光合能力基本丧失(图2)。G.ydF4y2Ba1G.ydF4y2Ba).为什么从压力植物产生的种子仍然可以发芽率(图。G.ydF4y2Ba4G.ydF4y2Ba)?原因可能如下:首先,当种子开始具有萌发能力时,在生理成熟度(R7期间)中选择植物的压力时间。本研究中168小时的Hth胁迫不能导致种子完全失去萌发能力。其次,当叶子老化时,它们的主要营养素迅速运输到种子,保证种子发育和成熟度(图。G.ydF4y2Ba3.G.ydF4y2Ba).第三,豆荚可以为种子提供保护。此外,种子本身在逆境环境下也具有保护和修复机制。但大豆品种对HTH胁迫的抗性存在较大差异。G.ydF4y2Ba

HTH应力与CDT处理的比较G.ydF4y2Ba

CDT广泛用作许多种子物种的活力测定[G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba18G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba20.G.ydF4y2Ba].在标准发芽试验前,先对收获的种子进行CDT检测。而本研究采用HTH胁迫处理,研究其对种子生长发育和R7期萌发的影响。许多研究表明CDT可以影响种子的生存力G.ydF4y2Ba拟南芥G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba芸苔属植物显著G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba奥雅萨苜蓿G.ydF4y2Ba和G.ydF4y2Ba大豆G.ydF4y2Ba[G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba18G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba20.G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba40G.ydF4y2Ba].在CDT和HTH治疗中发现一些代谢途径发生了改变。例如,HTH胁迫增强了采前抗变质大豆品种子叶中GAPDH的积累。香豆3号(图)G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba;额外的文件G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba表S10),而老年人GAPDH水平下降G.ydF4y2Ba拟南芥G.ydF4y2Ba和小麦种子通过CDT [G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba,G.ydF4y2Ba41G.ydF4y2Ba].张等人。[G.ydF4y2Ba19G.ydF4y2Ba]报道了水稻种子老化(通过CDT)与胚中ADH丰度的增加有关,而在本研究中,两个大豆品种在HTH胁迫下的子叶中也发现了类似的结果(图。G.ydF4y2Ba7G.ydF4y2Ba).我们和Rajjou等人的研究结果[G.ydF4y2Ba10G.ydF4y2Ba表明半胱氨酸的合成是种子萌发势的一个重要特征。殷等人[G.ydF4y2Ba18G.ydF4y2Ba]报道了ABA参与在种子衰老的开始。有趣的是,在这项研究中,与大豆CV相比。Ningzhen No.1,CV的子叶中脱离酸信号升高。湘沟3号在Hth胁迫下,胚胎减少。G.ydF4y2Ba

结论G.ydF4y2Ba

HTH胁迫通过对aba、MAPK、G蛋白、Ca等信号通路的负面影响影响种子活力G.ydF4y2Ba2+G.ydF4y2Ba研究了大豆叶片、豆荚、子叶和胚的代谢途径(光合作用、糖酵解、蛋白质生物合成、蛋白质折叠和组装、氧化应激防御)、细胞超微结构和生理生化(抗氧化酶活性、蔗糖、淀粉和可溶性蛋白含量)。耐HTH胁迫的大豆品种具有较高的种子活力。G.ydF4y2Ba

方法G.ydF4y2Ba

种植和抽样G.ydF4y2Ba

收获前种子抗变质品种。香豆3号和敏感cv。通过培养箱风化和标准发芽试验筛选得到的宁镇1号种子[G.ydF4y2Ba21G.ydF4y2Ba].大豆cvs。香豆3号和宁镇1号是我国南方的两个推广品种。大豆的简历。湘豆3号是湖南省农业科学院选育的新品种,大豆品种为大豆。宁镇1号是江苏省农业科学院选育的。两个品种的幼苗在塑料盆中生长。当植株达到生理成熟期(R7)时,将植株分为两组。强调组织是均匀地转移到三个独立生长室(40°C / 30°C,湿度100% / 70%,和10 h / 14 h周期(日/夜)]7 d。对照组相同的发展进程也放置在三个独立的钱伯斯在30°C / 20°C,湿度70%,10 h / 14 h(白天/晚上)。分别于24 h、96 h和168 h取样10株植株的种子(子叶和胚)、叶片和中间的豆荚。 Therefore, each treatment or control has three biological replicates. The embryos stripped carefully from sample seeds by blade. Collected samples were frozen in liquid nitrogen immediately and stored at − 80 °C until use.

光合作用测定G.ydF4y2Ba

叶净光合速率使用便携式天然气分析系统,Li-Cor 6400(Li-Cor Inc.,Lincoln,Ne,USA)根据[G.ydF4y2Ba42G.ydF4y2Ba].测定条件为:叶片温度25°C, 1000 μmol光子mG.ydF4y2Ba−2G.ydF4y2Ba·年代G.ydF4y2Ba−1G.ydF4y2Ba.每个样品测量三次。所有的测量都在上午9点到11点之间进行,以尽量减少误差。G.ydF4y2Ba

透射电子显微镜分析G.ydF4y2Ba

TEM分析是根据进行[G.ydF4y2Ba43G.ydF4y2Ba].从处理和对照中的新鲜叶片,荚,子叶和胚胎分别切成2mm×3mm,并在40mM戊酸盐缓冲液(pH7.0)中以2.5%戊酰妥牛(pH7.0)的混合物固定在4 °C, and then postfixed with 1% KMnO4G.ydF4y2Ba2 h。这些固定样品在乙醇系列中脱水,并包埋在Spurr树脂。超薄切片(70 nm厚)用醋酸铀酰和柠檬酸铅染色。利用H-7650(日本东京)透射电镜进行了观测。高分辨率透射电镜图像的构建是按照[G.ydF4y2Ba44G.ydF4y2Ba].G.ydF4y2Ba

酶活性测定G.ydF4y2Ba

从处理和对照中的大豆叶,荚,子叶和胚胎(0.5g)分别在砂浆中研磨,其中1ml冷却0.1M磷酸盐缓冲液(pH7.5)含有1%(w / v)聚乙烯吡咯烷酮。匀浆以14,000×离心G.ydF4y2BaG.G.ydF4y2BaA.T.4 °C for 30 min and the supernatants were used for enzyme activity assays. Five technical replicates were performed for each sample. Enzyme activities of CAT, POD and SOD were determined following the procedure described by [45G.ydF4y2Ba].所有实验重复三次。G.ydF4y2Ba

可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛、淀粉含量分析G.ydF4y2Ba

本试验分别选用处理和对照的大豆叶片、荚果和子叶(0.5 g)。可溶性蛋白的浓度根据[G.ydF4y2Ba46G.ydF4y2Ba],以牛血清白蛋白为标准。可溶性糖含量的测定方法如上文所述[G.ydF4y2Ba47G.ydF4y2Ba].如[中所述)测定脂质过氧化水平。G.ydF4y2Ba48G.ydF4y2Ba].总淀粉含量按[G.ydF4y2Ba49G.ydF4y2Ba].所有实验重复三次。G.ydF4y2Ba

发芽试验G.ydF4y2Ba

分别在HTH胁迫后24h、96 h和168 h进行一系列的发芽试验。G.ydF4y2Ba50G.ydF4y2Ba].在20 × 11.5 × 8 cm的塑料箱中,放置6张湿润滤纸,重复3次,每个处理50粒种子。塑料盒置于20°C、60%湿度、光照8 h、黑暗16 h的萌发室中。培养至第7天,每天记录正常幼苗,测定发芽势、发芽率和苗高,第4天以种子发芽率评价发芽势。G.ydF4y2Ba

蛋白质提取,消化和标记G.ydF4y2Ba

蛋白质提取被进行,如[G.ydF4y2Ba51G.ydF4y2Ba].通过布拉德福德的方法测定蛋白质浓度[G.ydF4y2Ba46G.ydF4y2Ba以牛血清白蛋白为标准。对于每个样品,在37°C下用10 mM二硫苏糖醇还原1小时,并在室温下用20 mM碘乙酰胺烷基化1小时。蛋白样品在37°C下使用酶与底物比例为1:20的测序级胰蛋白酶(Promega, Madison, WI)隔夜消化,然后合成肽混合物使用iTRAQ试剂试剂盒(Applied Biosystems, California, USA)的化学试剂进行标记。所有iTRAQ标签均显示在附加文件中G.ydF4y2Ba11G.ydF4y2Ba:表S11。通过比较Hth治疗与同一七个Plex的对照之间的点对点来确定不同时间点的蛋白质水平的变化。为了比较Hth胁迫下两种品种之间的蛋白质水平的变化,首先,通过与来自CV的混合样品进行比较,归一化所有蛋白质水平数据。Ningzhen No. 1和CV。湘沟32小时,在同一七个plex的控制条件下;其次,对于鉴定的每种蛋白质,其CV的相对水平比例。香豆3号到cv。在HTH胁迫下的Ningzhen No.1计算如下。G.ydF4y2Ba

$$ \ mathrm {相对} \ \ mathrm {蛋白} \ \ mathrm {level} \ \ mathrm {比率} = \ left({\ mathrm {x}} _ {\ mathrm {t}} \ div {\ mathrm {_ {\ mathrm {t}} \右)\ div \ left({\ mathrm {x}} _ {\ mathrm {c}} \ div {\ mathrm {n}} _ {\ mathrm {c}}} \右)$$G.ydF4y2Ba

, XG.ydF4y2BaTG.ydF4y2Ba和nG.ydF4y2BaTG.ydF4y2Ba显示cv中某一蛋白质的相对水平。香豆3号和cv。宁镇1号在HTH应力下进行归一化处理,而XG.ydF4y2BaCG.ydF4y2Ba和nG.ydF4y2BaCG.ydF4y2Ba在简历。香豆3号和cv。宁镇1号在控制条件下归一化后,分别。G.ydF4y2Ba

iTRAQ分析G.ydF4y2Ba

因为这是从10株植物器官的等重量混合样品各器官样品(叶,子叶,胚和),三个的iTRAQ生物重复进行的。的refore, there were 27 groups (3 cultivars or cultivar combinations × 3 organs × 3 biological replicates) data in the present study (Additional file11G.ydF4y2Ba:表S11)。将每个ITRAQ试剂溶解在50μl异丙醇中,加入相应的肽混合物中。在制造商的指示(AB SCIEX)之后用ITRAQ试剂标记消化的肽。首先,使用高pH C18柱(水BEC C18,1.7μm,2.1mm×50μm)在水上分级在水中分离肽,然后通过纳米HPLC对次级反相分析柱(ECSIGENT,C18,3μm,150mm×75μm)。使用线性梯度洗脱肽,从5-45%的缓冲液B开始,在70分钟(缓冲液A,98%水,用0.1%甲酸,缓冲液B,98%乙腈,0.1%甲酸)。总流速保持在300 nL / min。使用2.3 kV的电喷雾电压与质谱仪的入口相比。TripletOf 5600质谱仪以数据相关模式操作以在MS和MS / MS采集之间自动切换。在高分辨率模式下使用250ms累积时间,在350-1250 m / z的质量范围内获得MS光谱。 Tandem mass spectral scanned from 100 to 1250 m/z in high sensitivity mode with rolling collision energy. The 20 most intense precursors were selected for fragmentation per cycle with dynamic exclusion time of 9 s.

质谱数据和蛋白质量化G.ydF4y2Ba

Maxquant软件诉1.5.2.8用于大规模串联质谱数据分析[G.ydF4y2Ba52G.ydF4y2Ba].的G.ydF4y2Ba大豆G.ydF4y2Ba使用UNIPROTKB / SWISS-PLATA数据库,并于2016年12月下载,序列124,278。通过20ppm前体质量公差和50mmu片段质量容差直接搜索由三重岩5600仪器产生的WIFF文件。所有肽FDR都被动态设置为1%,由诱饵数据库搜索(使用参考数据库的反向序列版本)计算,并且每个自信蛋白包含至少一个独特的肽[G.ydF4y2Ba53G.ydF4y2Ba].注释蛋白与从大豆基因组翻译中鉴定的蛋白之间的冗余使用BLAST [G.ydF4y2Ba54G.ydF4y2Ba],所鉴定的蛋白均列于附加文件中G.ydF4y2Ba12G.ydF4y2Ba: S1-S9。DAPs的筛选标准为:t检验G.ydF4y2BaP.G.ydF4y2Ba-value < 0.05, 2个比较组,3个重复,多肽≥2,蛋白比> 1.5或< 0.67倍变化[G.ydF4y2Ba55G.ydF4y2Ba].G.ydF4y2Ba

生物信息学分析G.ydF4y2Ba

使用基因本体学(GO)进行DAP的功能分析(G.ydF4y2Bahttp://www.ebi.ac.uk/QuickGO/G.ydF4y2Ba) [G.ydF4y2Ba56G.ydF4y2Ba].通过KEGG(京都基因和基因组百科全书)数据库(G.ydF4y2Bahttp://www.kegg.jp/kegg/pathway.html.G.ydF4y2Ba) [G.ydF4y2Ba57G.ydF4y2Ba].G.ydF4y2Ba

定量rt - pcr分析G.ydF4y2Ba

通过QRT-PCR分析编码候选Hth-encective蛋白的8个基因的表达。这些Hth-encipaction蛋白在大豆CV之间的种子中差异累积。香豆3号和cv。Ningzhen No.1。从种子中提取总RNA,然后根据Liu等人的方案进行QRT-PCR。[G.ydF4y2Ba58G.ydF4y2Ba].引物列在附加文件中G.ydF4y2Ba13G.ydF4y2Ba:表S13。相对量化(2G.ydF4y2Ba——ΔΔCtG.ydF4y2Ba),采用比较周期阈值法评价基因表达,每个样本重复3次。G.ydF4y2Ba

统计分析G.ydF4y2Ba

的G.ydF4y2BaT.G.ydF4y2Ba-test用于蛋白质组数据的两两比较和生理数据的显著变化分析(SPSS 19.0, IBM, USA),置信区间为95%或99%。G.ydF4y2Ba

数据和材料的可用性G.ydF4y2Ba

支持这篇文章的结论数据集包括在项目和其他文件中。质谱分析蛋白质组数据已经提交到公共数据库iProX(G.ydF4y2Bahttps://www.iprox.org/page/PSV023.html;?url=1578575601558rHFcG.ydF4y2Ba),密码为“I9ux”。G.ydF4y2Ba

缩写G.ydF4y2Ba

阿巴:G.ydF4y2Ba

脱落酸G.ydF4y2Ba

抗利尿激素:G.ydF4y2Ba

乙醇脱氢酶G.ydF4y2Ba

猫:G.ydF4y2Ba

过氧化氢酶G.ydF4y2Ba

CCO:G.ydF4y2Ba

细胞色素c氧化酶G.ydF4y2Ba

CDT:G.ydF4y2Ba

控制恶化治疗G.ydF4y2Ba

CP:G.ydF4y2Ba

伴侣蛋白G.ydF4y2Ba

简历:G.ydF4y2Ba

品种G.ydF4y2Ba

衣冠楚楚的:G.ydF4y2Ba

差异丰富的蛋白质G.ydF4y2Ba

DHD:G.ydF4y2Ba

DehydrinG.ydF4y2Ba

GAPDH:G.ydF4y2Ba

Glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶G.ydF4y2Ba

走:G.ydF4y2Ba

基因本体论G.ydF4y2Ba

HSP:G.ydF4y2Ba

热休克蛋白G.ydF4y2Ba

HTH:G.ydF4y2Ba

高温和湿度G.ydF4y2Ba

iTRAQ:G.ydF4y2Ba

用于相对和绝对量化的等离标签G.ydF4y2Ba

KEGG:G.ydF4y2Ba

京都基因和基因组百科全书G.ydF4y2Ba

LPX:G.ydF4y2Ba

脂氧合酶G.ydF4y2Ba

地图:G.ydF4y2Ba

增殖蛋白激酶G.ydF4y2Ba

MDA:G.ydF4y2Ba

丙二醛G.ydF4y2Ba

MAS:G.ydF4y2Ba

线粒体ATP合酶亚基OG.ydF4y2Ba

MT:G.ydF4y2Ba

5-methyltetrahydropteroyltriglutamate——同型半胱氨酸甲基转移酶G.ydF4y2Ba

女士:G.ydF4y2Ba

蛋氨酸合成酶G.ydF4y2Ba

圆荚体:G.ydF4y2Ba

过氧化物酶G.ydF4y2Ba

ROS:G.ydF4y2Ba

反应性氧气G.ydF4y2Ba

RP:G.ydF4y2Ba

核糖体蛋白G.ydF4y2Ba

Rubisco:G.ydF4y2Ba

二磷酸核酮糖羧化酶小链G.ydF4y2Ba

SHSP:G.ydF4y2Ba

小热休克蛋白G.ydF4y2Ba

SOD:G.ydF4y2Ba

超氧化物歧化酶G.ydF4y2Ba

STI:G.ydF4y2Ba

热休克蛋白STIG.ydF4y2Ba

柠檬酸:G.ydF4y2Ba

三羧酸G.ydF4y2Ba

透射电镜:G.ydF4y2Ba

透射型电子显微镜G.ydF4y2Ba

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    中科院G.ydF4y2BaPubMedG.ydF4y2Ba文章G.ydF4y2Ba谷歌学术搜索G.ydF4y2Ba

下载参考G.ydF4y2Ba

确认G.ydF4y2Ba

感谢美国北卡罗莱纳州立大学作物与土壤科学系余兴旺对本文语言的完善。G.ydF4y2Ba

资金G.ydF4y2Ba

国家自然科学基金项目(31101212,30971840,31171572,31371711,31671772,31971996);国家科技部项目(2018YFD0100905);G.ydF4y2Ba

作者信息G.ydF4y2Ba

隶属关系G.ydF4y2Ba

贡献G.ydF4y2Ba

这里介绍的工作是由所有作者合作进行的。J.W.进行了大部分的实验室实验;YJ.S。,X.L. and YL.Z. carried out the seed vigor assay; YZ.S., S.L. and H.Z. carried out the protein data analysis; L.L. and YJ.Z. carried out the enzyme activities assay. H.M. designed the experiments and wrote the manuscript. X. Y revised and polished the manuscript. All authors have read and approved the final manuscript.

通讯作者G.ydF4y2Ba

对应于G.ydF4y2Ba豪马G.ydF4y2Ba.G.ydF4y2Ba

道德声明G.ydF4y2Ba

伦理批准和同意参与G.ydF4y2Ba

不适用。G.ydF4y2Ba

同意出版物G.ydF4y2Ba

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相互竞争的利益G.ydF4y2Ba

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。G.ydF4y2Ba

附加信息G.ydF4y2Ba

出版商的注意事项G.ydF4y2Ba

施普林格《自然》杂志对已出版的地图和机构附属机构的管辖权要求保持中立。G.ydF4y2Ba

补充信息G.ydF4y2Ba

额外的文件1G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba图S1G.ydF4y2Ba.大豆幼苗子叶中CAT、POD和SOD的酶活性。香豆3号和宁镇1号G.ydF4y2Ba

额外的文件2G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba图S2G.ydF4y2Ba.大豆胚中CAT、POD和SOD的酶活性。香豆3号和宁镇1号G.ydF4y2Ba

额外的文件3G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba图S3G.ydF4y2Ba.大豆叶片CAT、POD和SOD的酶活性。香豆3号和宁镇1号G.ydF4y2Ba

额外的文件4G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba图S4G.ydF4y2Ba.大豆荚果皮CAT、POD和SOD的酶活性。香豆3号和宁镇1号G.ydF4y2Ba

额外的文件5G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2BaS1 - S6G.ydF4y2Ba.大豆幼苗子叶、胚和叶片中蛋白质含量的差异。宁镇1号,香豆3号。G.ydF4y2BaS7-S9.G.ydF4y2Ba.子叶,胚胎和大豆之间的差异丰富的蛋白质。Ningzhen No. 1和CV。湘沟在Hth压力下第3号G.ydF4y2Ba

额外的文件6G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2BaS1 - S9G.ydF4y2Ba.GO和KEGG分析子叶、胚胎和叶片中差异丰富的蛋白质G.ydF4y2Ba

额外的文件7G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba图S7G.ydF4y2Ba.大豆幼苗子叶中差异丰富蛋白的Go分类。HTH胁迫下的宁镇1号(A)和香豆3号(B),以及两者之间的差异(C)G.ydF4y2Ba

额外的文件8G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba图S8G.ydF4y2Ba.大豆对照和应激组胚胎中差异丰富蛋白的Go分类。HTH胁迫下的宁镇1号(A)和香豆3号(B),以及两者之间的差异(C)G.ydF4y2Ba

额外的文件9G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba图S9G.ydF4y2Ba.大豆幼苗对照和胁迫下叶片中差异丰富蛋白质的Go分类。HTH胁迫下的宁镇1号(A)和香豆3号(B),以及两者之间的差异(C)G.ydF4y2Ba

附加文件10G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba表S10G.ydF4y2Ba.大豆胁迫与对照叶片、子叶和胚中种子活力形成的关键KEGG通路分别为宁镇1号和香豆3号,两者之间均有G.ydF4y2Ba

附加文件11G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba表S11G.ydF4y2Ba.7-plex iTRAQ实验设计G.ydF4y2Ba

附加文件(12)G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2BaS1-S9G.ydF4y2Ba.所有已确定的蛋白名单G.ydF4y2Ba

附加文件13G.ydF4y2Ba

:G.ydF4y2Ba表向G.ydF4y2Ba.本研究使用的引物序列G.ydF4y2Ba

权利和权限G.ydF4y2Ba

开放获取G.ydF4y2Ba本文是基于知识共享署名4.0国际许可,允许使用、共享、适应、分布和繁殖在任何媒介或格式,只要你给予适当的信贷原始作者(年代)和来源,提供一个链接到创作共用许可证,并指出如果变化。本文中的图像或其他第三方材料都包含在本文的知识共享许可中,除非在该材料的信用额度中另有说明。如果资料不包括在文章的知识共享许可协议中,并且你的预期用途没有被法律规定允许或超过允许用途,你将需要直接从版权所有者获得许可。如欲查阅本许可证副本,请浏览G.ydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/G.ydF4y2Ba.创作共用及公共领域专用豁免书(G.ydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/G.ydF4y2Ba)适用于本文提供的数据,除非在数据的信贷额度中另有说明。G.ydF4y2Ba

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魏,J.,Liu,X.,Li,L.G.ydF4y2Baet al。G.ydF4y2Ba通过对大豆子叶、胚、叶片和荚果的定量蛋白质组学和生理生化分析,揭示了高温和湿度胁迫对大豆种子活力形成的影响。G.ydF4y2BaBMC植物杂志G.ydF4y2Ba20,G.ydF4y2Ba127(2020)。https://doi.org/10.1186/s12870-020-02335-1G.ydF4y2Ba

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  • 大豆G.ydF4y2Ba
  • 高温和湿度应力G.ydF4y2Ba
  • 种子活力G.ydF4y2Ba
  • 蛋白质组学G.ydF4y2Ba
  • 超微结构G.ydF4y2Ba
  • 生理学和生物化学G.ydF4y2Ba