油菜根系响应低硼胁迫的差异蛋白与功能分析
硼是维持植物生长发育所必需的微量元素之一,缺硼不仅会导致作物减产,其品质也受到影响。甘蓝型油菜对硼的需求量大,对缺硼敏感。在我国,油菜主要种植区是缺硼比较严重的地区,土壤有效硼缺乏是限制油菜增产的重要因素。施用硼肥是目前生产中广泛采用的解决办法,但是这不仅增加了成本还有可能造成环境污染。因此,通过筛选硼高效品种,解析其适应低硼的生理和遗传机理,进而改良油菜营养遗传性状,对维持我国油菜产业可持续发展具有重要意义。在实验室已有的工作基础上,本研究采用差异蛋白质组学技术,获得了硼高效品种青油10号在不同程度硼缺乏情况下的蛋白表达谱,整合分析了根系响应低硼胁迫的代谢途径网络,提出了该材料适应低硼环境的可能机制。主要的研究结果如下:
1甘蓝型油菜根系可溶性蛋白的提取及双向电泳体系的优化。采用三氯乙酸/丙酮沉淀法、酚提法、酚提取-甲醇/醋酸铵沉淀法分别提取甘蓝型油菜根系可溶性蛋白,对比分析聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)及双向电泳(2-DE)的检测效果,最终选择优化的酚提法,并对提取步骤、双向电泳上样量和凝胶浓度进行调整,优化了实验技术体系。
2低硼诱导差异表达蛋白的分离和质谱鉴定。短期低硼胁迫处理油菜幼苗,取不同时间点根系为材料提取蛋白,通过双向电泳进行分离,使用分析软件PDquest对比实验组和对照组图像找到78个差异点,经MALDI-TOF/TOF质谱分析鉴定了46个蛋白。
3差异蛋白代谢途径的整合及功能分析。运用InterPro,NCBI,UniProt,TAIR等生物信息学分析软件和公共数据库,系统分析了所有差异蛋白的生理生化功能、表达部位和模式、代谢途径等信息,将这些低硼响应蛋白分为碳水化合物与能量代谢,逆境响应蛋白,信号转导与调控,蛋白相关进程,氨基酸与脂肪酸代谢,核酸代谢,细胞壁结构以及其他等八类。
4青油10号低硼适应机制的分析。糖代谢可能是低硼胁迫下各生理事件的一个调控中枢,糖类物质向不同代谢途径的流动维持了能量代谢及存储和还原力供给之间的平衡。在低硼胁迫程度较轻时,MAPK信号系统启动但能量代谢未受影响。胁迫加重后植物细胞内稳态被打破,青油10号通过降低能量代谢率来减少氧自由基产生,多种信号通路活跃,各种抗氧化酶被诱导上调表达,从而重建氧化还原平衡。同时植物细胞受硼缺乏限制营养和能量供给受到影响,许多生物活性物质合成及代谢途径仅维持本底水平以延长存活时间。此外,参与或调节细胞壁合成与稳定性的相关基因被诱导表达。
低硼胁迫;甘蓝型油菜;蛋白质组学;抗氧化系统;代谢网络;适应机制
华中农业大学
硕士
植物营养学
徐芳森
2011
中文
S565.4
72
2011-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）