作为典型的热带、亚热带作物,木薯(Manihot esculenta Crantz)的光合理化性质明显优于其他作物,具有类C。结构特征和较高的净光合速率,但对光的应答过程中所涉及的木薯叶绿体蛋白质及其调控网络至今仍不清楚。本研究以代表性种质华南8号为试材,利用比较蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学技术对正常光照、持续光照和黑暗条件下的木薯叶绿体蛋白质组进行了研究,探索其高光效的途径及其机制,取得的具体结果如下：1.持续光照和黑暗条件下,木薯叶片叶绿素、淀粉、丙二醛、总可溶性糖和脯氨酸含量的变化趋势呈一致；且丙二醛含量增加表明,木薯叶绿体发生了不同程度地膜脂过氧化。2.持续光照和黑暗条件下,木薯叶片SOD、POD、APX和CAT活性变化趋势呈一致,且SOD和CAT的上调表达在抗氧化保护机制中发挥了主要作用。3.利用2-DE技术对木薯叶绿体的蛋白质表达谱进行了分析,与对照相比,从持续光照和黑暗条件下筛选出195个差异表达的蛋白点,经MS成功鉴定了175个差异蛋白点,对应122种蛋白质,其中持续光照条件下差异蛋白质有106种、黑暗条件下差异蛋白质有121种。4.对122种差异蛋白质的表达趋势分析表明,下调表达的蛋白质数量大于上调表达的数量；持续光照和黑暗条件之间呈现5种不同的蛋白表达变化类型。5.经GO注释分析,发现持续光照和黑暗条件下,受光调控的差异蛋白质的细胞定位、分子功能和生物学途径都表现出相近的变化趋势。细胞定位以类囊体膜为最多,分别占总差异蛋白质数量的26%和27%；分子功能主要以离子结合功能、核苷结合功能和核甘酸结合功能类蛋白质的数量最多,平均分别约占26%、24%和25%；生物学途径主要以参与细胞代谢途径和初级代谢途径的蛋白质数量最多,平均分别约占55%和45%。6.利用KOBAS2.0软件分析了差异蛋白质的KEGG代谢通路和差异蛋白质互作网络,结果显示,122种差异蛋白质参与了31个KEGG Pathway,展示了木薯叶绿体响应持续光照和黑暗条件下的代谢网络和位于调控节点的鉴定的差异表达蛋白质,其中光合作用、氧化磷酸化、光合作用-天线蛋白、光合生物碳固定、乙醛酸二羧酸代谢等Pathway呈现蛋白质的富集,它们可能在木薯响应高光效过程中起主要作用。7.对参与光合作用、光合生物碳固定和乙醛酸二羧酸代谢等途径的谷氨酰胺合成酶、磷酸甘油酸激酶、磷酸丙糖异构酶、放氧增强蛋白、碳酸酐酶、光系统Ⅱ稳定/装配因子HCF136、磷酸核酮糖激酶基因7个差异蛋白质在mRNA水平上进行了表达分析。持续光照下,磷酸甘油酸激酶、碳酸酐酶和光系统n稳定/装配因子HCF136在两个水平上表达趋势一致,磷酸丙糖异构酶的表达趋势相反；黑暗条件下,仅谷氨酰胺合成酶在两个水平上表达趋势一致,磷酸丙糖异构酶和碳酸酐酶的表达趋势相反。这表明,多数蛋白的蛋白质水平与其转录水平的表达变化不一致。8.利用磷酸化蛋白质组学技术对木薯叶绿体的磷酸化蛋白质表达谱进行了分析,成功鉴定出22个磷酸化差异蛋白点,对应了20种磷酸化蛋白质(是前述122种蛋白质的一部分)。GO注释分析表明多数蛋白质定位在膜结构和放氧增强蛋白复合体上,尤其是外膜部分,这些蛋白质具有离子结合和ATP结合等分子功能,主要在光合作用、光合作用-天线蛋白等生物学途径中发挥重要作用。9.根据质谱鉴定到的肽段序列,利用SMART RACE技术,获得了放氧增强蛋白、磷酸核酮糖激酶基因、光系统Ⅱ稳定／装配因子HCFl36以及磷酸甘油酸激酶的全长cDNA序列。序列分析和聚类分析表明其与同为大戟科植物蓖麻具有较高的同源性和较近的亲缘关系。综上所述,本研究初步阐述了持续光照和黑暗条件下木薯叶绿体蛋白质组变化,主要是通过光合作用、氧化磷酸化、光合生物碳固定、乙醛酸和二羧酸代谢等途径来适应新的光照环境,其部分关键酶可能是通过磷酸化过程参与了代谢途径的调控；同时,研究结果表明,持续光照和黑暗条件下木薯叶绿体受光调控的蛋白质以类囊体膜蛋白居多,且发生了磷酸化现象。这些研究结果,可为今后木薯分子改良及高光效育种提供一定的基础信息。