玉米干旱胁迫和镉毒害响应蛋白鉴定与分析

发布时间：2020-11-09 02:17

　　 玉米是我国第一大作物,提高玉米的抗逆性是玉米育种的重要目标性状之一。本实验室前期在抗旱和抗重金属镉方面进行了一些探索,利用生物信息学技术鉴定出B73玉米基因组中所有71个MAPKKK家族成员,通过RNA-Seq鉴定出其中8个基因在干旱下表达差异显著,而相对表达量鉴定发现其中一个基因在干旱胁迫下的郑单619和8个自交系中均发生显著上调,基于RNA-Seq的关联分析验证该基因中有7个SNP与耐旱性显著相关,推测该基因可能在玉米苗期耐旱性起到重要作用,将这个位于第8号染色体、编码的蛋白定位于叶绿体中的新基因(GRMZM2G305066)命名为ZmMAPKKK18。此外,通过低镉含量品种筛选试验,发现京科968的母本J724是一种低镉积累且重金属抗性突出的品种。本研究在以上基础上开展,获得主要结果如下:1.构建了与重度干旱胁迫相关的全长均一化的库容为2.14×10~6cfu的B73玉米cDNA文库。2.通过酵母双杂交技术在cDNA文库中发现34个ZmMAPKKK18的候选互作蛋白,并对这34个蛋白进行了深入分析。3.发现一个与细胞壁稳态维持等途径相关的MAPK家族新基因(GRMZM2G162333)编码的蛋白与ZmMAPKKK18存在互作,表明ZmMAPKKK18基因可能通过一条新的MAPK级联反应传递干旱胁迫应答信号。4.通过代谢途径分析和GO分析发现ZmMAPKKK18基因在干旱胁迫下特异性调节光合作用的光反应阶段、吲哚乙酸生物合成途径II、嘌呤核苷酸从头合成途径、产氧光合作用及包含细胞色素c的有氧呼吸I等途径。5.T3代ZmMAPKKK18过表达拟南芥植株在施以PEG处理后较野生型表现出更强耐旱性。6.利用iTRAQ技术系统地研究了玉米幼苗根系在镉胁迫早期(12、24、48和72小时)蛋白质组的动态变化。研究在镉处理12、24、48、和72时后,与不处理对照对比分别鉴定出733、307、499和576个丰度差异蛋白。7.这些丰度差异蛋白的功能主要集中在核糖体活性、活性氧ROS平衡、细胞壁合成、细胞代谢、碳水化合物及能量代谢等方面。其中,核糖体蛋白途径相关蛋白在镉胁迫时表达尤为突出。8.在两个以上时期中均有同趋势表达丰度变化的有166个丰度升高蛋白和177个丰度降低蛋白(CRPs),其中14个在三个时期均发生持续变化(SCRPs),对其中9个蛋白对应的基因进行了基因表达水平的鉴定。这14个SCRPs可作为继续研究镉抗性基因的重要靶标。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S513
【部分图文】：

图 1.1 植物在干旱高盐低温胁迫下的三大代谢信号通路（Xiong et al., 2002)Figure 1.1 Major types of signaling for plants during cold, drought, and salt stressXiong 等（2002）将这些响应干旱高盐低温等逆境的信号通路分成了三种类型（图 1.1）。图中的 II 代表第二类，依赖 Ca2+激活 LEA 样基因的信号通路，III 则代表了依赖 Ca2+SOS 信号通路，这一通路通过调节细胞内离子平衡的进行逆境信号的传导。还有一类，就是本文中主要介绍的促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）起到重要作用的渗透胁迫/氧化胁迫信号通路，该通路通过生成抗氧化剂及可溶性渗透调节物质，进而调节细胞周期，从而保护和修复逆境给细胞带来的各种损伤。Widmann 等（1999）的研究表明，MAPK 级联途径是一种广泛存在于包括植物动物微生物等真核生物中的、在进化上高度保守的一种重要的细胞信号传导模式（Tena et.al., 2001）。该级联途径的传导由特异性地感受到上游信号分子的刺激被激活，通过磷酸化与去磷酸化（Ichimuraet.al.,2000 ）特定氨基酸逐级活化三种丝氨酸 / 苏氨酸磷酸蛋白激酶（ Hirt,2000 ）： MAPKKK（mitogen-activated protein kinase kinase kinase）、MAPKK（mitogen-activated protein kinase kinase）以及 MAPK，逐级放大胁迫信号，并将其传递到终端接收的靶蛋白，从而引起细胞内的一系列生理生化反应，实现细胞的抗逆功能（Jonak et.al., 1999; MAPK Group, 2002; Suzuki, 2002）。1.3.2.1 植物中的 MAPKKK

图 1.2 MAPK 级联反应在植物信号转导通路中的相关研究(Tsuneaki A，et al., 2002)Figure 1.2 Related studies on MAPK cascade reaction in plant signal transduction pathways (Tsuneaki A，et al., 2002)1.3.2.5 MAPK 级联途径与 ABA 信号转导早在 20 世纪 60 年代就有研究者发现了脱落酸（abscisic acid，ABA）以及它作为一种重要的信号分子在植物中的作用，此外，ABA 还是一种逆境激素，它在植株应对干旱、极端温度、高盐、病虫害等逆境中都发挥着重要的作用，它还与植物种子的休眠与萌发相关（Xiong et.al., 2002;Nambara ,2005; Zhang et.al., 2006; Ikegami et.al., 2009; Wright et.al., 1969）。在干旱和其他多种逆境压力下,植物通过合成大量 ABA，通过关闭气孔，增强植株水分吸收、运输和利用的效能达到抵御干旱及其他种类胁迫的作用。同时，ABA 含量的上调，还会诱导 ABA效应基因的表达，从而进一步增强植株的抗旱性能（张孝华等，2009; 吴金山等，2017）。ABA被认为在干旱胁迫中起到调节细胞反应的作用。田孝威（2014）有研究表明，在轻度干旱的情况下增加 ABA 的施用可以缓解植株因干旱造成的气孔阻力下降、蒸腾速率上升以及细胞膜破损等情况。而施加 ABA 可显著增强抗旱性强的品种幼苗叶片的保水能力（李智念等，2003; 王玮等，2002; Nayyar et.al., 2002）。

RNA电泳结果MW：Marker1：全植株总RNAFigure2.1RNAelectrophoresisresultsMW：Marker;1：TotalRNAofwholeplant
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 韩承华;严吴炜;朱丽丽;张路;李换平;江解增;周增辉;张娜;田秋芳;石如琼;潘瑞瑞;刘野;;硒对镉胁迫下豆瓣菜生长、生理特性及镉积累的影响[J];扬州大学学报(农业与生命科学版);2017年01期

2 肖厚军;芶久兰;何佳芳;赵欢;;镉胁迫下芹菜产量和氮、磷、钾吸收及镉积累量的变化[J];环境科技;2014年04期

3 王晶晶;杨春文;蔡赫;李然红;张莹莹;马威;;镉胁迫对珍珠梅生理生态特征的影响[J];北方园艺;2010年13期

4 吴双桃;朱慧;;镉胁迫对水浮莲幼苗生理功能的影响[J];工业安全与环保;2010年08期

5 关昕昕;严重玲;刘景春;敖子强;;钙对镉胁迫下小白菜生理特性的影响[J];厦门大学学报(自然科学版);2011年01期

6 薛荦绮;温子若;陈希;;镉胁迫对玉米生理生化特性及品质的影响[J];安徽农业科学;2009年24期

7 张珂;厉萌萌;刘德权;陈飞虎;马闯;;镉胁迫对小麦、玉米种子萌发及幼苗生长的影响[J];种子;2019年05期

8 喻华;冯文强;秦鱼生;涂仕华;;镉胁迫对不同基因型水稻生长和镉吸收的影响[J];西南农业学报;2013年03期

9 吴坤;吴中红;邰付菊;韩莹;谢宝恩;袁祖丽;;镉胁迫对烟草叶激素水平、光合特性、荧光特性的影响[J];生态学报;2011年16期

10 吴福忠;杨万勤;张健;周利强;;镉胁迫对桂花生长和养分积累、分配与利用的影响[J];植物生态学报;2010年10期

相关博士学位论文 前10条

1 邓勇;硫化氢缓解红麻重金属镉胁迫功能分析[D];中国农业科学院;2019年

2 任雯;玉米干旱胁迫和镉毒害响应蛋白鉴定与分析[D];中国农业科学院;2018年

3 关美艳;一氧化氮清除系统在拟南芥应答镉胁迫过程中的作用及其机制[D];浙江大学;2018年

4 胡炎;东南景天对镉胁迫的响应和镉再转运的生理与分子机制[D];浙江大学;2019年

5 杨惠麟;镉胁迫对拟环纹豹蛛的影响研究[D];湖南农业大学;2017年

6 Basharat Ali;5-氨基乙酰丙酸缓解镉胁迫下油菜植株生长、生理、分子和超微结构变化的作用机理研究[D];浙江大学;2014年

7 张路;MIR156调控植物镉胁迫耐受机制研究及应用[D];安徽理工大学;2017年

8 Mohamed Alpha Jalloh（贾隆）;不同氮源下镉胁迫对水稻生长和品质形成的影响[D];浙江大学;2008年

9 宋阿琳;小白菜对镉胁迫的响应及硅缓解镉毒害的机制[D];南京农业大学;2009年

10 田保华;硫化氢信号在谷子响应镉胁迫中的生理作用[D];山西大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 闵诗艺;不同浓度镉持续污染的蚕豆（Vicia faba L）根系对镉胁迫生理及蛋白质组响应的差异性研究[D];云南大学;2017年

2 常娜;镉胁迫下MAPKs对通道蛋白的调控机理[D];天津大学;2018年

3 张尉欣;镉胁迫下菜心的转录组分析[D];深圳大学;2018年

4 严星星;拟南芥中MYB4-MAN3-Mannose-MNB1信号通路调节镉积累和耐受的分子机理[D];合肥工业大学;2018年

5 刘涛;水稻表观遗传学相关基因受镉胁迫表达分析[D];南京农业大学;2016年

6 樊俊飞;不同基因型小麦对硒、铅和镉胁迫响应的差异研究[D];华中农业大学;2018年

7 郑慧芳;镉胁迫下杨树耐受性和次生生长的氮、硅调控[D];西北农林科技大学;2018年

8 于紫音;不同类型大豆对镉胁迫响应的差异性研究[D];沈阳农业大学;2018年

9 赵芳芳;镉胁迫对河南华溪蟹两种C型凝集素免疫应答的影响[D];山西大学;2018年

10 卢扬章;格木对镉胁迫的生理响应及抗性研究[D];广西大学;2018年

本文编号：2875725