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甘蓝型油菜低硼胁迫下的根系蛋白质组学研究

王志方

   硼是植物生长发育所必需的微量营养元素,涉及到植物细胞壁结构、细胞膜稳定与功能、细胞分裂、酚类代谢,氮素固定,以及花粉萌发和花粉管的生长等多种生理功能。油菜是我国最为重要的油料作物,也是对缺硼最为敏感的作物之一,土壤有效硼缺乏成为导致油菜减产的重要因素。硼肥施用是目前解决土壤硼素缺乏的重要手段,但硼肥的大量施用一方面提高了农业生产投入,另一方面也面临着潜在的环境污染和资源耗竭等问题。因此,利用植物对硼缺乏的适应性差异,解析植物低硼耐受机理,进行植物硼营养遗传改良是解决硼缺乏问题的重要途径。本研究采用蛋白质组学研究手段,以硼高效油菜品种“青油10号”为材料,分离鉴定其低硼胁迫诱导差异表达蛋白,构建了油菜根系低硼胁迫响应蛋白谱,解析了油菜低硼胁迫条件下生理响应与耐受机制。获得的主要研究结果如下: 1.通过对IPG胶条pH范围、胶条长度、凝胶浓度,以及等电聚焦条件、SDS-PAGE电压条件等技术参数的摸索优化,建立了适用于甘蓝型油菜根系蛋白质组学研究的双向凝胶电泳技术体系:采用18 cm,pH5-8线性IPG胶条进行等电聚焦,SDS-PAGE分离采用12%聚丙烯酰胺凝胶浓度,于50V低压进样一小时后调整至120 V电压进行蛋白分离。 2.使用双向凝胶电泳技术分离不同硼水平处理下的甘蓝型油菜根系蛋白,利用凝胶图像分析软件ImageMaster确定了59个低硼胁迫诱导差异表达蛋白。经MALDI-TOF/TOF-MS与LTQ-ESI-MS/MS生物质谱分析,成功鉴定46个低硼响应蛋白,构建了油菜根系低硼胁迫响应蛋白谱。 3.整合WEGO,InterPro,KEGG,UniProt等生物信息学分析软件和公共数据库,在深入分析油菜低硼响应蛋白的分子功能、代谢途径和细胞定位等的基础上,将低硼响应蛋白划分为抗氧化与解毒代谢,抗逆相关蛋白,信号转导与调控,碳水化合物与能量代谢,氨基酸与脂肪酸代谢,蛋白翻译与降解,细胞壁结构,转运蛋白以及功能未知蛋白等九类。 4.结合蛋白质功能、代谢途径和硼的生理功能,阐述了低硼胁迫引起的植物生理生化响应。植物在低硼胁迫环境下,体内氧化还原平衡被打破,氧自由基大量产生,导致蛋白质降解,并引起氨基酸代谢和脂肪酸生物合成发生变化。同时细胞膜系统受到氧自由基攻击而遭到破坏,进而影响影响离子跨膜运输,导致钾离子通道蛋白等转运蛋白表达变化。低硼胁迫也改变了植物体内碳水化合物代谢,导致了磷酸戊糖途径中的限速酶大量表达,磷酸戊糖途径明显加强。为抵御低硼胁迫,植物体内抗氧化蛋白及解毒蛋白的超量表达以淬灭活性氧,清除胞毒产物。同时通过表达抗逆相关蛋白,抵御逆境对细胞组分的损伤,并修复遭到破坏的机体平衡。……   
[关键词]:低硼胁迫;甘蓝型油菜;蛋白质组学;双向电泳;差异蛋白;基因
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华中农业大学2010年