14-3-3蛋白在玉米籽粒发育过程中的功能机制研究

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玉米籽粒的发育起始于双受精过程,种皮,胚和胚乳是籽粒发育过程中最活跃的三个组织,它们之间彼此交换中间产物,产生连续的相互作用。在籽粒发育的后期,伴随着胚乳的消耗,蛋白质和淀粉等物质达到积累的高潮,而胚则逐步获得适应脱水干燥的能力。玉米籽粒的发育是一个复杂的生理过程,参与其中的组织结构以及物质、能量代谢都有显著的变化,蛋白质和蛋白质间相互作用在玉米籽粒的成熟过程中发挥重要的作用。14-3-3蛋白家族是一类高度保守的蛋白质家族,其同源或异源二聚体结构能够特异的与一个或者两个靶蛋白结合,其特殊的结构决定14-3-3蛋白家族是重要的蛋白质相互作用的“桥梁”蛋白。14-3-3蛋白能够通过与功能蛋白质相互作用在植物体中参与细胞信号转导,细胞周期调控,生长发育调控,跨膜物质转运等几乎全部生理反应过程。然而作为关键的调控蛋白质,在玉米籽粒发育过程中14-3-3蛋白是如何发挥调控功能的尚无报道。通过检索玉米基因组,我们共发现12个玉米14-3-3蛋白亚型。在这12个玉米14-3-3蛋白亚型中,与其他亚型相比,zmAAU93690.1(AU)和GF14-12(GF)亚型在玉米籽粒的发育过程中展示出丰富的表达量。并且通过玉米籽粒发育期的转录本表达模式相关性分析,我们发现有5000多个转录本与AU和GF亚型具有相关性,占玉米籽粒发育期全部转录本的近1/10。这令我们对这两个14-3-3蛋白亚型在玉米籽粒发育过程的互作蛋白质产生兴趣。对玉米籽粒发育过程中AU和GF亚型互作蛋白质的分析,是14-3-3蛋白调控玉米籽粒发育模式解析的有效手段。因此本研究以这两个14-3-3蛋白亚型AU和GF为研究对象,同时以授粉后6-37天的B73玉米籽粒全蛋白为实验材料,采用亲和Pull-down技术捕获AU和GF亚型的相互作用蛋白质,利用二维电泳和液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)分离鉴定了捕获到的蛋白质。本研究共计鉴定得到77个与14-3-3蛋白AU和GF亚型相互作用的蛋白质。酵母双杂交和转录本关联性分析对部分捕获到的蛋白质进行了验证,验证结果均与质谱鉴定结果相符。这77个蛋白质分属10个生理过程,包括metabolism,protein destination&storage和signal transduction等过程,这些生理过程几乎包括了玉米籽粒发育中的全部生理过程。这说明14-3-3蛋白的AU和GF亚型在玉米籽粒的成熟过程中参与多种生理过程,并且发挥重要的调控和协调作用。进一步分析发现在这77个互作蛋白质中,47个是与两个亚型共同相互作用的,10个特异性与AU亚型互作,20个为特异性与GF亚型相互作用。在AU和GF亚型共同相互作用的蛋白质中,metabolism和protein destination&storage为最重要的两个过程,这说明AU和GF亚型通过共同与功能蛋白质相互作用,参与玉米籽粒发育的糖代谢,淀粉合成代谢和蛋白质转运等基础生理过程以确保玉米籽粒发育的需要。而通过比较AU和GF亚型的特异性结合蛋白质发现,AU和GF亚型通过选择性结合功能蛋白质而在不同的生理过程中行驶特定的功能。AU亚型更倾向于结合disease/defense类型的蛋白质,而GF亚型更倾向于参与cell structure和metabolism过程。AU和GF亚型在玉米籽粒的发育过程中展示出差异的调控机制可能通过以下4种模式:(1)选择性结合功能蛋白质;(2)通过与14-3-3亚型结合形成同源或者异源二聚体参与不同的生理过程;(3)通过与不同亚细胞部位相同的蛋白质互作发挥不同的功能;(4)通过与翻译后修饰的蛋白质相互作用。对14-3-3蛋白AU和GF亚型在玉米籽粒发育中发挥功能的解析为玉米籽粒发育过程中调控蛋白的作用方式以及14-3-3蛋白的调控模式解析提供了理论依据。
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