薄皮甜瓜果实发育早期细胞膨大相关蛋白的鉴定及其相互作用分析

The unsuitable environments in protected cultivation of melon usually cause fruit abortion, which is an obvious problem in limitting high yield. As we all know, fruit abortion is due to unnormal cell expansion. Therefore, it is important to declear the mechanism of cell expansion for regulating fruit development. In this study, it is designed three treatments of non pollination, artificial pollination, and hormone pollination with oriental melon as material. Firstly, the differences of cell ultrastructure between expanded and unexpanded fruits in early stage of fruit development are observed using electron microscope. Secondly, the differentially expressed proteins between expanded and unexpanded fruits in different periods of cell expansion are analysed based on proteome. Then, the expression of same differentially expressed proteins between non pollination and each pollination during cell expansion is tested by western blotting. The cell expansion-associated proteins are defined from the same differentially expressed proteins whose expression is consistent with the test results, Finally, the interaction of cell expansion-accociated proteins is analysed by bioinformatics. According to the above analyses, it is expected to determine the cell expansion-associated proteins and reveal the molecular mechanism of cell expansion in early stage of fruit development, thereby to provide theoretic basis for regulating cell expansion and fruit development, as well as resolving the problem of fruit abortion in protected cultivation.

在甜瓜设施栽培中，常因环境不良导致幼果不能正常发育而"化瓜"，是制约其高效优质栽培的一个突出问题。"化瓜"的主要原因是细胞没有正常膨大。因此，弄清果实细胞膨大机理对于调控果实生长发育具有重要意义。本项目拟以薄皮甜瓜为试材，设计未授粉、人工授粉和激素蘸花授粉三个处理，首先利用电子显微镜观察果实发育早期细胞膨大与否的细胞超微结构差异；然后在此基础上从蛋白质组学角度，分析果实细胞膨大与否的蛋白质表达差异以及细胞膨大生长不同阶段的蛋白质表达变化；最后通过寻找两种方式授粉后相同的差异蛋白，结合蛋白质免疫印迹验证结果来确定细胞膨大相关蛋白，并利用生物信息学分析蛋白质相互作用。研究可望明确果实发育早期控制细胞膨大的关键蛋白，进而探讨细胞膨大的分子机制，为调控甜瓜果实细胞膨大，进而调控果实发育和防止"化瓜"提供重要理论依据。

为了探讨甜瓜果实发育早期细胞膨大的相关机制，本项目以薄皮甜瓜为试材，设计未授粉、坐果剂蘸花授粉和人工授粉三个处理，首先利用显微技术观察果实早期膨大与否的细胞超微结构差异；然后在此基础上从蛋白质组学角度，确定薄皮甜瓜果实早期膨大相关的蛋白质，并揭示其相关的分子机制。结果表明：.（1）薄皮甜瓜开花3d后，坐果剂蘸花和人工授粉处理后果实快速增大。处理3d和5d，中果肉细胞明显伸长变圆，细胞密度变大。薄皮甜瓜开花后3d可能是细胞快速膨大的启动时期，在这期间赤霉素、细胞分裂素、生长素、油菜素内酯和脱落酸含量变化明显，其为果实前期生长和物质代谢的内在原因。.（2）双向电泳试验结果表明：坐果剂蘸花授粉、人工授粉与对照之间存在差异蛋白质。表现为：处理后3d时得到128个共同的差异蛋白质，5d时得到261个共同的差异蛋白质。其中授粉后3d时，坐果剂蘸花授粉后与对照比表达量相差两倍以上的差异蛋白质784个，上调表达408个，下调表达376个；人工授粉后与对照比表达量相差两倍以上的差异蛋白质718个，上调表达363个，下调表达355个。授粉后5d时，坐果剂蘸花授粉与对照比表达量相差两倍以上的差异蛋白质869个，上调表达420个，下调表达449个；人工授粉后与对照比表达量相差两倍以上的差异蛋白质874个，上调表达470个，下调表达404个。.（3）将测定得到的差异蛋白质经质谱鉴定共得到108个差异蛋白。通过GO功能注释、Pathway代谢通路等生物信息学分析，发现薄皮甜瓜不同授粉情况下差异蛋白参与的分子功能主要有催化活性（51%）、结合活性（40%）、结构分子活性（4%）、转运活性（4%）、以及酶调节活性(1%)等。.（4）共提取到与 76 个差异蛋白序相关的 132条（其中与植物相关的有94条）KEGG信号/代谢通路。以上所有代谢通路中匹配到的差异蛋白数占总差异蛋白的 53.33%。碳代谢通路中匹配到的差异蛋白数最多，共匹配到16个。氨基酸生物合成途径匹配到的差异蛋白数次之，共10个。核糖核酸转运途径及半胱氨酸和蛋氨酸代谢途径各匹配到5个差异蛋白。.（5）碳代谢和氨基酸代谢蛋白是薄皮甜瓜果实早期膨大相关的关键蛋白，与核糖核酸转运途径及半胱氨酸和蛋氨酸代谢、糖酵解、碳固定、氧化磷酸化、丙酮酸代谢、戊糖磷酸途径等共同参与果实的早期膨大过程。