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汞胁迫下水稻根蛋白质组学及抗性相关基因功能分析

王飞娟

  Hg是植物的非必需元素,是一种对生态环境和人类健康等有着巨大危害的环境污染物质。水稻(Oryza sativa L.)不仅是世界上最重要的粮食作物,也是植物研究中的模式植物。水稻在感受各种环境因子的信号后,基因表达便会发生变化,从而引起大量的蛋白质在种类和表达量上的变化以适应不同的环境。随着蛋白质组学在功能基因组时代发挥越来越重要的作用,水稻蛋白质组学的研究逐渐掀起热潮并不断完善,已经取得了很大发展。 本研究以六叶期的汞耐性水稻突变体和中花11野生型水稻为材料,采用溶液培养的方法进行了用50μM HgCl2处理水稻根Oh和3h后的比较蛋白质组学研究,并通过功能基因在酵母中的异源表达对水稻中与Hg2+胁迫相关的蛋白(或基因)进行了功能的初步探讨,确定了它们与Hg2+耐性的相关性。主要研究结果如下: 1.以高通量的双向电泳系统为技术平台,通过改进和优化水稻根总蛋白的提取方法、等电聚焦和SDS-PAGE条件,得到了水稻根总蛋白的高分辩率和高重复性的双向电泳图谱。 2.汞耐性水稻突变体和中花11野生型在50μM HgCl2分别处理0h和3h的水稻根提取总蛋白后进行双向电泳分离,发现有29个差异蛋白点。质谱鉴定为27种蛋白,按功能可分为7大类:氧化还原平衡、信号转导、胁迫响应、代谢水平、保持细胞骨架、调节基因表达水平和未知功能蛋白。qRT-PCR实验表明大部分蛋白在基因表达水平与蛋白质表达水平并不相关。 3.利用RT-PCR技术获得了水稻翻译调控肿瘤蛋白(OsTCTP, Translationally-controlled tumor protein)、水稻丝裂原活化蛋白激酶(OsMAPK, Mitogen-activated protein kinase 2)和水稻突触小泡相关蛋白(OsKNOLLE, Syntaxin-related protein KNOLLE)基因的全长序列,通过在酵母中的异源表达分析,发现过表达这三个蛋白的酵母菌株比转有空载体的酵母菌株在Hg2+胁迫下具有更好的生活力,说明它们与Hg2+耐性存在一定的相关性。同时我们也研究了这三个蛋白与其它胁迫的关系,发现OsTCTP蛋白与Cu2+耐性存在密切关系;OsKNOLLE蛋白与盐,Cu2+,H202,Cd2+胁迫相关,其中在Cd2+胁迫下作用更明显;OsMAPK蛋白则仅与Hg2+耐性存在一定的相关性。 本研究首次利用突变体的差异蛋白质组分析了水稻根在Hg2+胁迫下的蛋白质表达变化,并首次确定了水稻TCTP蛋白和KNOLLE蛋白与Hg2+耐性相关。本实验的开展将有助于找到Hg2+耐性相关的基因或蛋白,有助于阐明植物对Hg2+的耐性机制,同时也有助于在生产上培育出具有汞抗性的水稻品种,或通过转基因技术改良其他作物的汞抗性,本项研究对我国粮食的安全、生态环境的保护及农业的可持续发展具有非常重要的意义。……   
[关键词]:蛋白质组学;双向电泳;Hg~(2+)胁迫;水稻根;异源表达
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2010年