基于iTRAQ技术的少花蒺藜草耐旱性的分子机制研究
发布时间：2020-11-13 08:37
研究入侵植物适应机制的生物学特性对探索其入侵机理和防控机制具有重要意义。由于入侵植物少花蒺藜草具有耐旱、耐贫瘠、抗寒、抗病虫害等特性,在入侵地区缺少制约其生长的环境条件,因此能够迅速扩张,破坏原有生境的生态平衡和物种多样性;同时也给农牧业带来了巨大生态灾害和经济损失。虽然近年来对该入侵杂草生物防治取得了一些研究进展,但对其入侵的表型可塑性和快速适应性演替机制等缺少研究,尤其对少花蒺藜草耐旱能力的分子机制研究尚未见报道。本研究,采用高通量蛋白组学、分子生物学、细胞学等手段,研究少花蒺藜草耐旱性的分子机制与其入侵性的关系。结果发现,与少花蒺藜草在高土壤水分含量(HM)生长相比,中低土壤水分含量(LM和MM)处理根系中检测到385种不同的差异表达蛋白质(DAPs)。其中少花蒺藜草旱响应差异表达蛋白主要涉及高生理代谢活动(包括蛋白质生物合成、产物运输和能量利用),类黄酮中间产物的积累,以及以抗坏血酸-谷胱甘肽循环为基础的活性氧清除。生理生化试验结果表明,中低土壤湿度条件下植株的蔗糖含量、脂肪酸含量、抗坏血酸含量和NADH/NAD+比值均有增加,但与对照组相比,木质素和花青素的含量、肌动蛋白水平下降,与蛋白组学数据相一致。这些结果表明,在干旱和半干旱地区少花蒺藜草具有控制其耐旱能力和促进其传播的独特分子机制。此外,我们以空心莲子草为模式植物,成功建立了入侵植物的VIGS转化平台,为深入揭示少花蒺藜草抗旱的分子机理,进一步探索少花蒺藜草入侵机制和表型可塑性之间的关联奠定基础。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士后
【学位年份】：2018
【中图分类】：S451
【部分图文】：
对保障农业生产和降低经济损失有重要意义，其创新点在于：??１）国内外对抗旱基因及其抗旱机制的研究主要局限于拟南芥和模式植物和农作物上，然而，这些植物多是非旱生植物，其抗旱特显著且都很有限。以抗旱能力强的入侵植物少花蒺藜草为材料进行研究，更易于挖掘抗旱新基因和新途径。??２）本项目利用蛋白组学全面系统的筛选候选蛋白的优势，通过高通序手段，分析其干旱胁迫下基因表达差异，挖掘重要调控网络节点的关基因，为探索植物抗旱分子机制提供新策略。??０技术路线??本课题拟采取的技术路线归纳总结如下（图），??
其中已鉴定谱图为６４０８９个，鉴定得到的ｕｎｉｑｕｅ肽段数为１５８６７个，??总共鉴定到３４２８个蛋白，其中２４１７个蛋白至少有两个ｕｎｉｑｕｅ肽段，占总鉴定??蛋白的７０．５１％?（图３ａ）。肽段长度呈对数正态分布，主要集中在５和３１之间，??其中长度为１１的肽段最多，平均肽段长度为１４．５５?（图３ｂ）。蛋白片段平均覆??盖率为９５％的占１８．０９％?（图３ｃ）。??１７??
的数据比对分析，并通过ＧＯ注释、ＣＯＧ和ＫＥＧＧ代谢通路分析对鉴定到的蛋??白进行功能注释。结果显示：总鉴定蛋白数量为３４２８个，其中ＧＯ、ＣＯＧ和??ＫＥＧＧ注释的蛋白数量分别为３２６８、２３２３和２１５１?（图４）。??Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?Ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ?Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ??３４２８??Ｉ－?３２６８??？?－?〇３２３??§?Ｓ?２１５１??！；；１?｜??Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ?ＧＯ?ＣＯＧ?ＫＥＧＧ??图４?ＧＯ、ＣＯＧ和ＫＥＧＧ功能注释的蛋白数量??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｐｒｏｔｅｉｎｓ?ａｎｎｏｔａｔｅｄ?ｂｙ?ＧＯ，?ＣＯＧ?ａｎｄ?ＫＥＧＧ??为了进一步研宄差异蛋白在三种土壤水分条件下的变化，我们进行了热图??可视化分析。结果发现，据差异蛋白表达情况大概可分为６组，包括３个上调??组（组Ｉ，ＩＩ和ＩＶ）和３个下调组（组ＩＩＩ，?Ｖ和ＶＩ），并且在中等土壤含水量??和低土壤含水量处理中显示出相似的蛋白质表达水平趋势（图５ａ）。在生物进??程、细胞组成和分子功能三个本体过程中，总蛋白（绿）和差异蛋白（黄）共??涉及５２个亚组。差异表达蛋白主要参与代谢过程、细胞进程和生物进程中的刺??激反应，同时也参与抗氧化活性、催化活性、结构分子活性和转运活性等分子??功能（图５ｂ）。??１９??
【参考文献】
本文编号：2881992
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士后
【学位年份】：2018
【中图分类】：S451
【部分图文】：
对保障农业生产和降低经济损失有重要意义，其创新点在于：??１）国内外对抗旱基因及其抗旱机制的研究主要局限于拟南芥和模式植物和农作物上，然而，这些植物多是非旱生植物，其抗旱特显著且都很有限。以抗旱能力强的入侵植物少花蒺藜草为材料进行研究，更易于挖掘抗旱新基因和新途径。??２）本项目利用蛋白组学全面系统的筛选候选蛋白的优势，通过高通序手段，分析其干旱胁迫下基因表达差异，挖掘重要调控网络节点的关基因，为探索植物抗旱分子机制提供新策略。??０技术路线??本课题拟采取的技术路线归纳总结如下（图），??
其中已鉴定谱图为６４０８９个，鉴定得到的ｕｎｉｑｕｅ肽段数为１５８６７个，??总共鉴定到３４２８个蛋白，其中２４１７个蛋白至少有两个ｕｎｉｑｕｅ肽段，占总鉴定??蛋白的７０．５１％?（图３ａ）。肽段长度呈对数正态分布，主要集中在５和３１之间，??其中长度为１１的肽段最多，平均肽段长度为１４．５５?（图３ｂ）。蛋白片段平均覆??盖率为９５％的占１８．０９％?（图３ｃ）。??１７??
的数据比对分析，并通过ＧＯ注释、ＣＯＧ和ＫＥＧＧ代谢通路分析对鉴定到的蛋??白进行功能注释。结果显示：总鉴定蛋白数量为３４２８个，其中ＧＯ、ＣＯＧ和??ＫＥＧＧ注释的蛋白数量分别为３２６８、２３２３和２１５１?（图４）。??Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?Ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ?Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ??３４２８??Ｉ－?３２６８??？?－?〇３２３??§?Ｓ?２１５１??！；；１?｜??Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ?ＧＯ?ＣＯＧ?ＫＥＧＧ??图４?ＧＯ、ＣＯＧ和ＫＥＧＧ功能注释的蛋白数量??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｐｒｏｔｅｉｎｓ?ａｎｎｏｔａｔｅｄ?ｂｙ?ＧＯ，?ＣＯＧ?ａｎｄ?ＫＥＧＧ??为了进一步研宄差异蛋白在三种土壤水分条件下的变化，我们进行了热图??可视化分析。结果发现，据差异蛋白表达情况大概可分为６组，包括３个上调??组（组Ｉ，ＩＩ和ＩＶ）和３个下调组（组ＩＩＩ，?Ｖ和ＶＩ），并且在中等土壤含水量??和低土壤含水量处理中显示出相似的蛋白质表达水平趋势（图５ａ）。在生物进??程、细胞组成和分子功能三个本体过程中，总蛋白（绿）和差异蛋白（黄）共??涉及５２个亚组。差异表达蛋白主要参与代谢过程、细胞进程和生物进程中的刺??激反应，同时也参与抗氧化活性、催化活性、结构分子活性和转运活性等分子??功能（图５ｂ）。??１９??
【参考文献】
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1 王志新;光梗蒺藜草（Cenchrus calyculatus Cav.）生物学特性的初步研究[D];内蒙古师范大学;2009年
本文编号：2881992
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