低温胁迫下甘蔗后期生理特性及差异蛋白质组学研究
甘蔗（Saccharum officenarum L.）为禾本科甘蔗属植物，属于热带、亚热带作物，其光合效率高，光饱和点高，而二氧化碳补偿点低，光呼吸率低，光合强度大，以蔗茎为收获物，因此生物产量和经济产量高。但甘蔗对自然资源有一定的要求，特别是对温度和水分。在我国，近年来气候变化异常，极端低温频发，在甘蔗的生长后期常遭受自然低温伤害，低温使甘蔗生产和制糖工业生产的发展受严重影响，导致不同程度的经济损失。本研究采用自然低温从生理生化水平对其品种的抗寒性进行比较研究，探讨各指标与抗寒性的关系，运用蛋白质组学方法比较甘蔗在低温胁迫下的蛋白质表达情况，利用同源克隆等技术对一些抗寒基因进行克隆和表达分析，所获主要结果如下:
1.在大田自然低温条件下，以21个常规甘蔗品种作为材料，研究不同甘蔗品种在遭受长时间持续低温时的形态和生理生化特性的变化，结果表明:在长时间自然低温胁迫下，甘蔗叶片、生长点、侧芽、蔗茎均受到不同程度伤害;甘蔗在自然降温过程中，不同甘蔗品种的生理指标反应程度各异，叶绿素受寒害后前期降解慢，后期降解逐渐加剧，可溶性糖含量因品种抗寒性不同而表现不一，可溶性蛋白质在低温持续时表现迟钝，脯氨酸和丙二醛(MDA)含量在低温中增加，但因品种抗寒性不同而积累量不同。选择多个生理生化指标，采用模糊隶属函数法，将供试品种抗寒性划分为高抗寒型、抗寒型和低抗寒型3级。
2.利用双向电泳技术，选取抗寒性差异大的2个品种桂糖28号和园林6号作为材料，研究低温胁迫对甘蔗生长后期的茎尖蛋白质的差异表达情况。结果表明:经PDQuest软件对蛋白质2-DE图谱进行分析，检测到1000多个有效蛋白点，并找到蛋白质丰度变化在2倍以上的蛋白点45个，部分蛋白点呈现上调表达，而部分蛋白点呈现下调表达，因品种抗性不同而表现各异。推测甘蔗在低温胁迫条件下，蛋白质丰度呈动态性变化。
3.运用质谱技术，研究了低温胁迫对甘蔗生长后期茎尖中差异表达的45个蛋白质点，进行了质谱鉴定和生物信息分析，结果表明:45个差异蛋白点经质谱鉴定后，有35个蛋白点被成功鉴定。对所鉴定的蛋白质根据功能分类分为7类。其中参与自由基清除的7个;参与光合作用3个;参与细胞信号转导3个;参与蛋白加工5个;参与细胞生长和分裂2个;参与基础代谢（包括糖代谢、氮代谢、碳代谢、能量代谢、次生代谢以及RNA加工等）11个;未知功能蛋白4个。甘蔗对低温胁迫应答机制是一个涉及多系统、多水平的综合过程。
4.采用RT-PCR和同源克隆技术，克隆获得了甘蔗过氧化物酶基因（SoPOD1）、甘蔗20S蛋白酶体α亚基基因(So20S)、甘蔗α-微管蛋白基因（So TUA）以及5个甘蔗钙调磷酸酶B类似蛋白家族基因（SoCBL1，SoCBL3，SoCBL5，SoCBL6和SoCBL9）的eDNA全长。利用qRT-PCR技术研究了上述基因在低温胁迫下在不同抗性甘蔗品种中的的动态表达情况。在低温胁迫下，两个甘蔗品种SoPOD1基因表达先升高后降低，但抗寒强的GT28品种SoPOD1基因表达量上升速度要比不抗寒品种YL6快;So20基因的表达在两个甘蔗品种中的变化不一，在GT28中其变化趋势为先升后降，在YL6中其变化趋势为缓慢升高;SoTUA在两个品种中的变化总体上趋势一致，但在含量上，GT28中的表达量明显要高于在YL6中的; SoCBL1和SoCBL9基因的表达水平在两个品种中是基本一致;SoCBL3在抗寒的GT28品种中表达量出现明显下降，在YL6品种则呈先上升后急剧下降趋势;SoCBL5的表达水平在两个品种总体出现下降趋势，而SoCBL6基因在GT28和YL6品种在低温胁迫下的表达趋势为上升，即使是继续低温，基因的表达水平有所下降，但仍高于对照。CBL家族成员中起作用的关键基因有可能是SoCBL6和SoCBL5。以上基因都在甘蔗低温胁迫下有一定的应答反应，其基因的功能不同，所在低温胁迫过程中参与的防御途径也不相同，为加强甘蔗抵御低温胁迫及其它非生物胁迫提供了重要的理论基础。
甘蔗;抗寒性;低温胁迫;生理生化;蛋白质组学
广西大学
博士
作物栽培学与耕作学
杨丽涛
2013
中文
S566.1;Q945.78
119
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）