甘蔗早熟与晚熟品种蔗糖积累差异的蛋白质组学分析揭示关键代谢通路

本研究针对甘蔗早熟(GL05-136)与晚熟(GR2)品种蔗糖积累差异的分子机制，采用iTRAQ技术鉴定出3337个蛋白质，发现47个差异蛋白富集于糖代谢、光合作用和胁迫响应通路，其中果糖二磷酸醛缩酶(FBA)和二硫键异构酶(PDI)是调控蔗糖合成的关键靶点，为高糖甘蔗育种提供理论依据。

　　

甘蔗作为全球80%食糖的来源，其蔗糖含量直接决定经济效益。然而，早熟与晚熟品种在相同生长阶段的蔗糖积累模式存在显著差异，这种差异背后的分子机制尚不明确。尤其值得注意的是，早熟品种GL05-136在1月即达到蔗糖高峰（14.1%），而晚熟品种GR2直到2月才升至13.7%，这种时序差异暗示着品种特异性代谢调控网络的存在。

广西亚热带作物研究所的研究团队在《Sugar Tech》发表研究，通过比较蛋白质组学揭示了这一现象的关键分子机制。研究人员采用同位素标记相对和绝对定量(iTRAQ)技术，对两个品种成熟期(1-2月)的叶片和茎秆样本进行分析，结合生物信息学挖掘出调控蔗糖积累的核心蛋白网络。

关键技术方法包括：1) 田间种植GL05-136和GR2品种并采集1-2月样本；2) 植物总蛋白提取与iTRAQ标记；3) Q-EXActive质谱检测；4) 通过DIA-NN软件进行蛋白鉴定，GO/KEGG/COG功能注释；5) 差异蛋白筛选标准为p<0.01且FC>2。

研究结果：

蛋白鉴定与定量统计

共鉴定3337个蛋白质，其中E1_vs_E2(早熟品种时间对比)差异蛋白数(19个)显著多于E1_vs_L1(品种间对比，6个)，表明时间因素对早熟品种蛋白表达影响更大。

KEGG通路富集

关键发现包括：1) 早熟品种1月样本中，铁氧还蛋白-NADP还原酶(LFNR)上调2.3倍，增强光合电子传递；2) 晚熟品种2月样本中，核糖体蛋白L15-1和L8显著表达，可能与低温适应相关；3) 品种间比较发现FBA在早熟品种中高表达，而PDI在晚熟品种成熟期特异性上调。

差异蛋白筛选

通过维恩图交叉分析获得47个核心差异蛋白，其中FBA参与糖酵解/糖异生途径(ko00010)，其表达量与蔗糖积累正相关(r=0.82)；PDI通过调控甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)折叠影响卡尔文循环效率。

讨论与结论：

研究首次揭示甘蔗成熟期差异的蛋白质组特征：1) 早熟品种依赖FBA加速磷酸丙糖转化，而晚熟品种通过PDI维持胁迫下的酶稳定性；2) 光合作用相关蛋白(LFNR)与核糖体蛋白构成品种特异性调控网络；3) 提出的"FBA-PDI双路径模型"解释了不同成熟期蔗糖积累速率的分子基础。该发现为分子标记辅助育种提供新靶点，特别是通过调控FBA/PDI表达实现甘蔗糖分精准调控。

值得关注的是，硫氧还蛋白和腺苷酸激酶的差异表达提示能量代谢重编程在蔗糖积累中的重要作用，这为后续研究环境胁迫与糖代谢互作机制开辟了新方向。研究建立的蛋白质组数据库(PXD058835)将成为甘蔗品质研究的重要资源。