野生一粒小麦（Triticum boeoticum L.） 叶片和根干旱响应蛋白质组研究

发布时间：2017-04-06 19:02

  本文关键词：野生一粒小麦（Triticum boeoticum L.） 叶片和根干旱响应蛋白质组研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为重要的非生物胁迫因子之一,干旱严重地抑制了作物的生长、发育以及产量。小麦(Triticum aestivum L)是世界上最早栽培并广泛种植的禾本科植物,同时也是我国重要的粮食作物之一,易受干旱、高温等逆境胁迫的影响,引起籽粒品质和产量的下降,由干旱胁迫引起的小麦减产是其它非生物逆境胁迫所造成小麦减产的总和。因此,深入研究小麦干旱胁迫响应机制,培育抗旱小麦新品种,是当前小麦育种工作者的首要任务。六倍体普通小麦(Triticum aestivum L.)染色体组为AABBDD,基因组非常大,而且结构复杂,一定程度上制约了小麦抗旱相关基因分离鉴定。乌拉尔图小麦(Triticum urartu)和野生一粒小麦(Triticum boeoticum)均为二倍体(染色体组为AA),基因组相对简单;乌拉尔图小麦是普通小麦的祖先种之一,其基因组测序工作已经完成。与乌拉尔图小麦及普通小麦相比,野生一粒小麦具有很好的抗旱性,是改良普通小麦抗旱性的重要基因库。因此,以野生一粒小麦为材料,研究其响应干旱的分子机制将为揭示普通小麦抗旱分子机理提供参考。蛋白质是细胞功能的主要执行者;研究干旱条件下野生一粒小麦植株体内蛋白质组的变化将有助于揭示其抗旱的分子机制。为此,本研究以野生一粒小麦为供试材料,进行室内液体培养及干旱胁迫处理,干旱胁迫组是用含20%PEG-6000的Hoagland营养液处理三叶期小麦幼苗模拟干旱处理,对照组则在同样生长条件下正常供应Hoagland营养液。在干旱胁迫处理24 h和48 h分别采集叶片及根组织,分析其生理生化及蛋白质组变化。利用MALDI-TOF-TOF质谱技术鉴定叶片及根部的差异表达蛋白质,分析这些差异表达蛋白质的功能及参与生物学过程或代谢途径。本研究旨在分析野生一粒小麦叶片与根响应干旱胁迫的生理生化及蛋白质组的变化,为揭示野生一粒小麦对干旱的响应机制提供一些有价值的信息。本研究取得的主要研究结果如下:1.叶片与根中的ABA、可溶性糖和脯氨酸含量在干旱胁迫后上升,表明野生一粒小麦可通过增强信号传导和渗透调节能力来抵御干旱胁迫。干旱胁迫下野生一粒小麦叶片与根中的丙二醛(MDA)含量也上升,表明干旱导致小麦细胞膜的脂质过氧化,引起细胞损伤。同时,干旱胁迫引起叶片叶绿素a和叶绿素b含量下降,以及光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度的降低,表明干旱抑制了野生一粒小麦叶片的光合作用。2.比较蛋白质组学结果显示在干旱胁迫下野生一粒小麦叶片与根分别有115和102个差异(p≤0.01)表达倍数在1.5倍以上的蛋白质点。其中,17来自叶片和16个来自根的差异蛋白在干旱胁迫下诱导表达;而3个来自叶片和4个来自根的差异蛋白点是在干旱胁迫下消失了;这暗示着这些蛋白很可能在小麦响应干旱胁迫中有非常重要作用,值得深入研究。3.对上述差异蛋白点进行MALDI-TOF-TOF质谱鉴定,结果在叶片和根中分别成功地鉴定出98个和85个功能蛋白,分别代表了85和80个unique蛋白。比较根和叶的差异蛋白质发现仅有6个差异表达蛋白是根和叶中共有的,说明叶片与根对于干旱有不同的响应机制。4.对鉴定出的差异蛋白进行功能分类,结果表明这些叶片与根蛋白可分别分为14类和12类功能类别,包括光合作用、碳代谢、解毒和防御相关等。对鉴定出的差异蛋白进行亚细胞定位分析表明,叶片中的差异蛋白主要位于叶绿体(33.67%)、细胞质(29.59%)、线粒体(19.39%)及细胞核(14.29%)中。根中的差异蛋白则主要存在于线粒体(36.47%)和细胞质(49.41%)中。5.分别随机选择2-DE分析检测的5个根和叶差异表达蛋白质进行western blot分析,结果显示所选蛋白的的丰度变化模式与2-DE测得的变化模式一致,表明2-DE分析所得蛋白质差异表达结果是可靠的。6.对在干旱胁迫下根和叶片差异蛋白的功能及其涉及的代谢途径分析发现,在干旱胁迫下野生一粒小麦根组织信号感应及传导相关的蛋白显著上调表达;叶片与根中的抗氧化和防御相关的蛋白含量均极显著上升;干旱胁迫下根组织的糖酵解代谢受到抑制而磷酸戊糖途径增强;在干旱胁迫下叶片中光合作用和碳固定能力降低;而TCA循环增强,从而导致复杂的能量代谢变化,以建立一个新的内稳态系统;蛋白质代谢和氨基酸代谢在根中下调,而在叶片中上调。总之叶片与根对干旱胁迫的响应有一些共性,也有组织特异性。
【关键词】：野生一粒小麦 根 叶片 干旱胁迫 生理变化 蛋白质组
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.1;Q945.78
【目录】：

• 摘要6-8
• abstract8-14
• 第一章 文献综述14-36
• 1.1 逆境和植物对逆境适应性概述14-15
• 1.2 植物适应干旱的生物学基础研究进展15-29
• 1.2.1 植物适应干旱胁迫的形态学及生理生化变化研究15-17
• 1.2.2 植物在干旱胁迫下信号转导变化研究17-21
• 1.2.3 植物在干旱胁迫条件下基因表达变化研究21-26
• 1.2.4 植物抗非生物胁迫蛋白质组学研究进展26-29
• 1.3 小麦耐干旱性的机理及小麦耐旱性遗传改良研究现状29-35
• 1.3.1 小麦的生产分布及耐旱小麦种质资源29-30
• 1.3.2 小麦耐旱的生物学基础研究现状30-33
• 1.3.3 小麦耐旱性的遗传改良研究现状及存在的问题33-35
• 1.4 本研究的目的和意义35-36
• 第二章 野生一粒小麦根和叶响应干旱胁迫的生理生化变化36-43
• 2.1 前言36
• 2.2 材料与方法36-37
• 2.2.1 小麦材料培养与胁迫处理36-37
• 2.2.2 干旱胁迫相关生理生化指标测定37
• 2.3 结果与分析37-40
• 2.4 讨论40-41
• 2.5 小结41-43
• 第三章 野生一粒小麦叶片响应干旱胁迫蛋白质的分离、鉴定及功能分析43-60
• 3.1 引言43
• 3.2 材料与方法43-47
• 3.2.1 小麦材料培养与胁迫处理43-44
• 3.2.2 蛋白质提取44
• 3.2.3 蛋白样品的溶解与定量44
• 3.2.4 双向电泳44-47
• 3.3 结果与分析47-58
• 3.3.1 干旱胁迫下野生一粒小麦叶片蛋白质组变化47-48
• 3.3.2 干旱胁迫下野生一粒小麦叶片差异蛋白的质谱鉴定48-51
• 3.3.3 干旱胁迫下野生一粒小麦叶片差异蛋白的功能分类与亚细胞定位分析51-52
• 3.3.4 2-DE检测的差异蛋白变化的western blot验证52-53
• 3.3.5 干旱胁迫下野生一粒小麦叶片抗氧化和防御相关蛋白的变化53-54
• 3.3.6 干旱胁迫下野生一粒小麦叶片光合作用、碳代谢和能量代谢的变化54-57
• 3.3.7 干旱胁迫下野生一粒小麦叶片氨基酸代谢、蛋白质代谢的变化57-58
• 3.4 讨论58-59
• 3.5 小结59-60
• 第四章 野生一粒小麦根响应干旱胁迫蛋白质的分离、鉴定及功能分析60-75
• 4.1 引言60
• 4.2 材料与方法60-64
• 4.2.1 小麦材料培养与胁迫处理60-61
• 4.2.2 蛋白质提取61
• 4.2.3 蛋白样品的溶解与定量61
• 4.2.4 双向电泳61-64
• 4.3 结果与分析64-73
• 4.3.1 干旱胁迫下野生一粒小麦根蛋白质组变化64-65
• 4.3.2 干旱胁迫下野生一粒小麦根差异表达蛋白质的质谱鉴定65-68
• 4.3.3 干旱胁迫下野生一粒小麦根差异蛋白的功能分类与亚细胞定位分析68
• 4.3.42-DE检测的差异蛋白质变化的western blot验证68-69
• 4.3.5 干旱胁迫下野生一粒小麦根信号传导相关差异蛋白的变化69-70
• 4.3.6 干旱胁迫下野生一粒小麦根抗氧化和防御相关蛋白的变化70
• 4.3.7 干旱胁迫下野生一粒小麦根碳代谢和能量代谢相关蛋白的变化70-72
• 4.3.8 干旱胁迫下野生一粒小麦根氨基酸代谢、蛋白质代谢的变化72-73
• 4.4 讨论73-74
• 4.5 小结74-75
• 第五章 全文讨论与结论75-89
• 5.1 全文讨论75-87
• 5.1.1 野生一粒小麦响应干旱的生理变化75-76
• 5.1.2 干旱胁迫下野生一粒小麦叶片与根差异蛋白质组分析76-78
• 5.1.3 干旱胁迫下野生一粒小麦根和叶中的信号传导变化78-79
• 5.1.4 干旱胁迫下野生一粒小麦抗氧化和防御相关蛋白的变化79-81
• 5.1.5 干旱胁迫下野生一粒小麦光合作用、碳代谢和能量代谢变化81-84
• 5.1.6 干旱胁迫下野生一粒小麦叶片与根氨基酸代谢、蛋白质代谢的变化84-87
• 5.1.7 其它功能已知或未知蛋白87
• 5.1.8 下一步研究设想87
• 5.2 全文结论87-89
• 参考文献89-107
• 附录107-148
• 致谢148-150
• 作者简介150

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨淑慎,高俊凤;活性氧、自由基与植物的衰老[J];西北植物学报;2001年02期

2 杨俊霞,郭宝林,鲁韧强,梁海永,郭庆港,王颖丽;土壤含水量对美国黑莓光合特性的影响[J];果树学报;2003年02期

3 戴高兴;邓国富;周萌;;干旱胁迫对水稻生理生化的影响[J];广西农业科学;2006年01期

4 杜秀敏,殷文璇,赵彦修,张慧;植物中活性氧的产生及清除机制[J];生物工程学报;2001年02期

5 王海凤;王俊斌;;水杨酸对非生物胁迫下植物抗氧化能力的影响[J];生物学通报;2012年02期

6 董蕾;李吉跃;;植物干旱胁迫下水分代谢、碳饥饿与死亡机理[J];生态学报;2013年18期

7 任东涛,赵松岭;水分胁迫对半干旱区春小麦旗叶蛋白质代谢的影响[J];作物学报;1997年04期

8 邹琦,王玮,杨兴洪,彭涛;冬小麦抗旱性鉴定的新方法——低水势下胚芽鞘长度法[J];中国农学通报;2000年05期

9 王娟,李德全;逆境条件下植物体内渗透调节物质的积累与活性氧代谢[J];植物学通报;2001年04期

10 陈红敏;陈明;魏安智;徐兆师;李连城;徐惠君;杜丽璞;马有志;;抗逆相关基因GmAREB转基因小麦的获得与鉴定[J];植物遗传资源学报;2010年06期

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1 陈展宇;旱稻抗旱解剖结构及其生理特性的研究[D];吉林农业大学;2008年

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