基于定量蛋白質組學解析西瓜 嫁接苗耐冷性的分子機制

施先鋒 王希波 程菲 曹海順 梁歡 魯軍陽 孔秋生 別之龍

目的與意義： 西瓜是一種重要的喜溫經濟作物。低溫是西瓜生產的主要環境限制因素之一。砧木嫁接是提高西瓜耐冷性的有效途徑。然而，其分子機制知之甚少。本研究通過植株表型、光合作用及膜損傷程度等指標證實南瓜砧木嫁接提高了西瓜耐冷性，采用基于iTRAQ技術的蛋白質組學方法鑒定了低溫處理2 d后西瓜嫁接苗的蛋白質，分析了參與相關代謝途徑的差異豐度蛋白，為從蛋白水平上揭示嫁接提高西瓜耐冷性的分子機制提供新的線索。

材料與方法： 選用西瓜自交系‘97103（低溫敏感型）和南瓜品種‘青研砧1號（耐冷性強）為試材進行嫁接，待西瓜自嫁苗（SG）和南瓜砧木嫁接苗（RG）4片真葉時進行低溫處理（10 °C/5 °C;12 h/12 h），以正常溫度（28 °C/18 °C;12 h/12 h）為對照。低溫處理48 h后分別用電導儀和LI-6400型便攜式光合作用測量系統測定幼苗葉片的相對電導率和凈光合速率。同時，取樣用于蛋白質提取，按iTRAQ試驗流程操作鑒定低溫響應蛋白質，并結合生物學（COG、GO及KEGG）對差異蛋白質進行分類。選取8個差異蛋白對應的基因進行了實時熒光定量PCR分析。

結果與分析： （1）與RG比較，低溫處理48 h后SG的葉片呈現更嚴重的萎蔫。REL和Pn結果也表明南瓜砧木嫁接顯著減輕了西瓜的低溫傷害。（2）獲得的iTRAQ數據與西瓜組學數據比對，共鑒定到4 796個低溫響應蛋白質，通過肽數量、不同分子量蛋白質的分布及鑒定肽段的蛋白質序列覆蓋率等分析，表明iTRAQ數據可信度高。（3）與常溫嫁接苗比較，低溫脅迫后SG和RG中共鑒定752個差異豐度蛋白。通過COG數據庫比對，752個差異蛋白中557個被分為22類;GO分析結果表明，催化活性和結合是主要的分子功能;代謝過程和細胞過程是主要的生物過程;細胞器、細胞及細胞部分是主要的細胞成分。KEGG顯著富集結果表明，在SG中包括α-亞麻酸代謝、氧化磷酸化、嘌呤代謝及碳代謝等。而在RG中包括核糖體、剪接體、光合作用天線蛋白、mRNA監督、MAPK信號途徑及谷胱甘肽代謝等通路顯著富集。綜合COG、GO 及KEGG結果和相關文獻，分析了參與光合作用（13個）、碳代謝和能量代謝（19個）、脅迫防御（15個）、轉錄后調控（15個）、蛋白質動態平衡（55個）、精氨酸合成（6個）及信號轉導（11個）等代謝途徑的差異蛋白質。

結? ? 論： 基于蛋白質組學結果，南瓜砧木嫁接苗的耐冷性可能與光合作用、碳代謝和氧化磷酸化等過程產生的能量有關。南瓜砧木嫁接苗可以通過提高ROS的清除能力和精氨酸的生物合成來應對低溫脅迫。此外，轉錄后調控和蛋白質動態平衡在西瓜嫁接苗應對低溫脅迫起重要作用。值得注意的是蛋白激酶可能是南瓜砧木嫁接苗中作為正調節因子應對低溫脅迫。生理指標和8個蛋白質對應基因轉錄水平的結果證實了iTRAQ結果是可靠的。