关键词：
转植酸酶玉米
比较蛋白质组学
安全评价
转基因作物
非预期影响
摘要：
转基因作物在全球范围内商业化种植已经20多年了,随着转基因作物种植面积的增加,转基因植物产品的生物安全问题已成为人们关注焦点和争论热点。转植酸酶基因玉米是目前我国唯一获得农业部颁发的安全证书的转基因玉米,可以提高动物对磷的利用率,具有很大的潜在商业化种植市场。转基因作物的监管需要进行安全性评价,对转植酸酶基因玉米的安全性已经采用多方面指标进行评价,但还未见从蛋白质组层面上对其进行非预期影响的研究。本研究通过双向电泳(2-DE)和高通量精准定量比较蛋白质组iTRAQ技术,系统比较了转植酸酶基因玉米与非转基因对照玉米叶片和种子的蛋白质组差异,从蛋白质表达水平对其非预期影响进行了进一步评价,以期建立一套科学合理的蛋白质组学技术体系,来检测和评价转基因作物的非预期影响,为转植酸酶基因玉米以及其它转基因作物的安全评价提供理论基础和技术支持。首先,我们通过2-DE结合MS/MS技术比较了转植酸酶基因玉米与其非转基因对照叶片的蛋白质组,获得了转植酸酶玉米叶片的总蛋白2-DE图谱,鉴定了 57个差异蛋白点,占检测到的所有蛋白点总数量的6.7%。这些差异蛋白点均由玉米籽粒自然合成的,没有发现有毒蛋白或过敏性蛋白,因此转植酸酶基因玉米与其非转基因对照叶片虽然检测到差异蛋白,但改变不大,转植酸酶基因玉米与其非转基因对照叶片在蛋白质组水平具有实质等同性。COG功能分类表明,40%的差异蛋白是与碳水化合物的转运与代谢相关;KEGG分析显示差异蛋白主要是参与光合作用的碳固定途径。其中核酮糖二磷酸羧化酶(Rubisco)和景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBPase)在转植酸酶玉米叶片中都为上调蛋白,可能是由于外源基因phyA2随机插入到植物的基因组而引起的。qRT-PCR分析表明,大多数的差异蛋白在翻译和转录水平的变化是一致的。接着我们利用2DE-MS/MS,结合iTRAQ技术研究了大棚种植的转植酸酶基因玉米与其非转基因对照玉米种子的比较蛋白质组学,获得了转植酸酶玉米种子的总蛋白2-DE图谱,得到了 148个差异蛋白,经过质谱成功鉴定的差异蛋白的数目仅占总蛋白点数量的1.83%;差异蛋白大多数是由玉米籽粒自然合成的,同样没有发现额外的有毒蛋白或过敏性蛋白,说明转植酸酶基因玉米与其非转基因对照种子,虽然检测到差异蛋白,但改变不大,转植酸酶基因玉米与其非转基因对照种子在蛋白质组水平具有实质等同性。COG功能分类表明31%的差异蛋白是参与转录后调控与转录后修饰的蛋白。其中参与转录后调控的功能的差异蛋白主要为核糖体蛋白,在转植酸酶玉米种子中大部分的核糖体蛋白的丰度增加,mRNA表达水平的变化也是上调的,这可能是由于外源基因的插入而引起的反应;参与转录后修饰的差异蛋白大部分为热激蛋白,但这些热激蛋白在转植酸酶玉米种子中丰度变化不一致,有的为下调的蛋白,有些是上调蛋白。通过2DE-MS/MS技术我们进一步比较了大田条件下种植的转植酸酶基因玉米与其非转基因对照种子的蛋白质组,鉴定了 32个差异蛋白,占检测到的所有蛋白点总数量的3.43%。COG功能分类表明,差异蛋白主要是翻译后修饰相关的分子伴侣类蛋白,这些差异蛋白可能是对非生物胁迫的调控过程中,通过磷酸化和泛素化使植物适应各种环境。最后我们比较了生长在不同环境条件下的转植酸酶玉米与其对照种子的蛋白质组,2-DE胶图分析的结果显示非转基因玉米种子在大棚种植与田间种植之间的差异蛋白点有76个,转植酸酶玉米种子在大棚种植与田间种植之间的差异蛋白点有77个。而同在大棚种植的转植酸酶玉米种子与非转基因对照玉米种子之间有43个差异蛋白点,田间种植的转植酸酶玉米种子与非转基因对照玉米种子有37个差异蛋白。这些实验结果显示,环境对蛋白表达谱的影响(差异蛋白点的数量)可能要大于外源基因插入的影响,相对转基因事件本身而言,外界环境对种子蛋白表达图谱影响更大一些。另外,大棚种植的非转基因对照玉米种子和田间种植的非转基因对照玉米种子之间的比较蛋白质组学分析也表明,非预期效应的发生不是转基因技术特有的,这是一个普遍的现象,在传统育种中也经常发生,环境对传统作物的影响比转基因本身对传统作物的影响要大得多。
欢迎来到三峡大学图书馆！
