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《山西农业大学》 2018年
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干旱胁迫下小麦苗期蛋白质差异表达及丙二酰化修饰研究

刘家斌  
【摘要】:干旱是植物最主要的非生物逆境胁迫因子,小麦在生长期内极易遭受干旱胁迫,导致小麦干物质合成受到抑制,植株发育不良,产量下降,给人类的粮食安全带来威胁。本研究通过实验培养小麦苗期生长,利用PEG-6000进行苗期干旱胁迫干预,检测其在干旱胁迫条件下的生理生化变化,并通过现代生物技术及生物信息学进一步探索在不同的胁迫时间下的植物体内的蛋白质表达变化,利用比较(差异)蛋白质组学的研究方法和思路对差异表达的蛋白质进行鉴定比对、亚细胞定位分析、功能富集分析以及代谢通路分析,以期进一步了解干旱胁迫条件下蛋白质水平上的小麦响应机制。同时,在全球范围内,进行小麦首次蛋白质翻译后丙二酰化修饰研究,探索修饰基团在发挥蛋白功能、蛋白质相互作用以及生物代谢方面的机理机制,从而为耐旱小麦生产和小麦育种提供一定的理论依据。对干旱胁迫下小麦苗期进行了部分耐旱生理指标的测定,结果显示,随着胁迫时间的逐步延伸,游离脯氦酸(Pro)含量上升,过氧化氢(H2O2)含量增加,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性均呈现先升后降趋势,氧化性谷胱甘肽(GSSG)含量前期上升后期下降,谷胱甘肽S-转移酶(GST)活性先增后减,说明干旱逆境造成了小麦体内活性氧的(ROS)过度积累,小麦细胞膜质发生过氧化,丙二醛(MDA)含量增加。同时也诱导了小麦响应干旱胁迫的应激机制,渗透调节物质(Pro)发挥了渗调功能,增加了小麦植株的保水能力,SOD、POD、CAT、GSSG、GST参与小麦抗氧化反应,但随着胁迫程度的加重,抗氧化反应能力有所下降,抑制了小麦的正常生长。对普通小麦品种青麦6号苗期(三叶期)进行20%浓度PEG-6000干旱胁迫,在Oh、24h、48h、72h分别取小麦的地上部分作为试验样品,利用生物质谱技术、生物信息学技术对样品进行比较蛋白质组学分析。结果显示,共在1053个差异蛋白中鉴定到上调蛋白数量为533个、下调蛋白为526个,对所鉴定到的差异蛋白进行了进一步的统计分析,发现在24h、48h、72h的共有差异蛋白为110个,其中共同下调蛋白为26个,共同上调蛋白为80个。实验发现,涉及到ABA信号转导蛋白、代谢相关蛋白、抗氧化防御蛋白丰度在干旱胁迫下呈上调趋势,核糖体相关蛋白丰度成下调趋势,KEGG通路富集分析显示,谷胱甘肽代谢通路显著上调富集、核糖体代谢通路显著下调富集,说明,在干旱胁迫下,总蛋白合成受到抑制,但小麦积极响应了应对水分亏缺的应激机制,诱导了部分干旱胁迫相关蛋白的表达,以维持植株免受或降低干旱逆境带来的氧化损伤。对普通小麦品种青麦6号苗期(三叶期)进行20%浓度PEG-6000干旱胁迫,对胁迫24h采集到的样品进行赖氨酸丙二酰化修饰研究,发现共在233个丙二酰化蛋白质中鉴定到342个独特的丙二酰化修饰位点。对丙二酰化蛋白质进行了亚细胞定位发现,丙二酰化修饰蛋白存在于多个亚细胞区域,特别是细胞质中占45%,叶绿体中占30%。鉴定出的蛋白参与了不同的代谢通路,如碳代谢、卡尔文循环和氛基酸合成途径,参与了多种生物学过程。蛋白质相互作用网络分析揭示了 8个高度相互关联的丙二酰化修饰蛋白质簇。而且发现5种蛋白质同时被赖氦酸丙二酰化、乙酰化、琥珀酰化修饰。分析表明这三种翻译后修饰可能共同参与普通小麦中的许多蛋白质功能调节,该研究提供的数据阐明了赖氨酸丙二酰化在普通小麦中的关键作用,并且为探索赖氨酸丙二酰化在其他植物中的生理作用提供了重要参考依据。
【学位授予单位】:山西农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S512.1

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