小麦干旱胁迫响应与LEA蛋白的蛋白质组学研究

【摘要】干旱是植物主要的非生物胁迫因子之一，它严重影响植物的生长、发育和产量。小麦是世界重要的粮食作物之一。利用差异蛋白质组学的技术来研究小麦对干旱胁迫的响应机理,发现耐旱基因和干旱响应蛋白,将不仅有助于整体揭示小麦干旱应答的遗传基础,而且为抗旱机理的阐明具有重要的意义。小麦幼苗长至二叶一心期时，分别进行20%PEG处理,测定处理0h、24h、48h、72h时的小麦根系生物量、株高、冠层生物量、根冠比、叶片质膜透性、脯氨酸含量以及SOD酶活力的变化情况。结果表明，干旱胁迫导致小麦幼苗叶片卷曲，须根增多；根系生物量增加极慢，严重抑制了株高的生长，导致高生长基本停止；根冠比呈现先增加后下降的趋势。相对电导率上升，随着干旱处理的延长其电导率急剧升高；游离脯氨酸含量先是缓慢增加，后急剧增加；SOD酶活性表现出先升高后降低的变化趋势，但均高于对照。表明20%PEG模拟的干旱已造成了生长的抑制、质膜受到伤害，但小麦能在如此极端条件下继续生长，表明植物已启动了干旱响应机制防止死亡。采用双向电泳的技术分析了小麦幼苗在干旱胁迫48h时的蛋白质图谱,在2D凝胶上检测到27个蛋白丰度超过2倍变化的差异蛋白，通过MALDE-TOF/TOF方法鉴定了这些差异蛋白，成功对其中23个进行了鉴定，包括19个上调表达的蛋白点及4个下调表达的蛋白点。采用生物信息学对其功能进行分类，可分为8类,即参与ROS的清除、光合作用和碳的固定、信号传导、蛋白质的代谢、氨基酸代谢、细胞骨架、细胞防御及膜脂修饰的蛋白。下调表达的蛋白主要与光合作用和碳的固定以及细胞骨架相关，而上调表达的蛋白主要参与了ROS的清除和蛋白质的代谢。LEA蛋白是一类与植物胁迫耐受性关系密切的蛋白质。根据LEA蛋白的理化特性，利用煮沸处理和3%TCA处理后，获得小麦叶片中热稳定的酸溶蛋白组分，并进行了WesternBlot的分析验证。从双向电泳凝胶上选取28个差异蛋白质点，进行MALDI-TOF/TOF分析,其中26个蛋白点被成功地鉴定为12个蛋白质。9个蛋白属于LEA蛋白，包括LEA1组的Em蛋白；LEA2组的Cor39、21-kDadehydrin、16-kDadehydrin、wheatcoldinduced16；LEA3组的ABAinducibleprotein和group3lateembryogenesisabundantprotein；LEA5组的LEAD-34和lateembryogenesisabundantprotein。此研究加深了对小麦LEA蛋白分离的全面理解。利用生物信息学的方法，预测了LEA蛋白的序列、二级结构、亚细胞定位和生物学功能，明确了它们在数据库中的预测注释，为更深入的研究LEA蛋白的功能提供了非常重要的信息。9个LEA蛋白多为亲水性的天然非结构蛋白，二级结构中多含高比例的无规则卷曲结构；不同的LEA蛋白定位特点不尽相同，但多分布于细胞核、细胞质及线粒体中；不同的LEA蛋白生物功能也不尽相同，主要集中于酶的保护，Ca2+结合，核酸保护，细胞骨架等方面。LEA蛋白的生物信息学分析为其深入研究提供了指导性作用。本研究以2个抗旱性不同的小麦品系为材料，在小麦生长的4个生育期进行了不同程度的自然干旱，研究了小麦LEA2组蛋白-脱水素的表达与发育阶段、小麦品系和水分胁迫程度之间的关系。结果表明：在小麦不受干旱时，无脱水素表达；受到干旱胁迫后，脱水素的表达量会随着干旱程度的加剧而增加，并且随着复水的进行而减少；小麦脱水素的表达与小麦的发育阶段相关，不同的发育阶段表达的脱水蛋白不尽相同；小麦脱水素的表达与小麦的品系也相关，抗性不同的小麦品系虽然有相同的脱水蛋白表达，但也有品系特异性脱水素的表达。9个LEA蛋白中的Cor39(45-kDa)可能为在两个小麦品系和四个发育时期内发挥基础且重要作用的脱水蛋白，这为该蛋白的具体功能研究奠定了研究基础。
【作者】张红梅；
【导师】张林生；
【作者基本信息】西北农林科技大学，生物化学与分子生物学，2014，博士
【关键词】小麦；蛋白质组；干旱胁迫响应蛋白；LEA蛋白；

【参考文献】
[1]申建波.Seislet变换及其在地震处理中的应用[D].中国石油大学（华东）,地球探测与信息技术,2012,硕士.
[2]李丹丹.基于数据场的量化关联规则研究[D].内蒙古科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[3]张德干,郝先臣,高光来,赵海.一种新的用于分类挖掘的动态示例学习算法[J].通信学报,2002,02:17-22.
[4]孙金生,李军,王执铨.离散系统鲁棒容错线性调节器设计[J].控制与决策,1996,01:68-72.
[5]袁颖娜.基于BP神经网络的特征点匹配方法研究[D].西安科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[6]徐雷波,王新军.数据仓库中可视化决策支持系统模型构建[J].华中科技大学学报(自然科学版),2005,S1:364-366+378.
[7]韩哈斯敖其尔.添加磁流体的力矩马达衔铁组件振动特性研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[8]武少华.NiAl基合金的弹性性质、脆塑性转变及电子结构的第一性原理研究[D].重庆大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[9]于媛媛.手机界面设计与特定人群的关联性研究[D].沈阳师范大学,美术学,2014,硕士.
[10]杨俊凯.月季‘月月粉’丁香酚合成酶基因（RcEGS）功能初步验证[D].华中农业大学,园林植物与观赏园艺,2014,硕士.
[11]刘静.宁夏高校汉语言文学师范专业课程设置研究[D].宁夏大学,课程与教学论,2014,硕士.
[12]权宁涛.Ga，Nb元素添加对TbCu_7型SmFe合金相结构和氮化物磁性能的影响[D].北京有色金属研究总院,材料科学与工程,2014,硕士.
[13]李萍.基于GIS的防震减灾信息系统的功能扩展与升级[D].哈尔滨工业大学,2009.
[14]窦永喜.猪干扰素-γ基因的克隆、表达及其疫苗佐剂效应研究[D].中国农业科学院,预防兽医学,2004,硕士.
[15]危良才.玻璃纤维在电子、电气高新技术产业中的应用[J].印制电路信息.1999(02)
[16]王伟琼.专利信息采集及分析系统设计与开发[D].浙江大学,2008.
[17]刘玮文.基于语义的概率字典破解技术研究[D].华中科技大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[18]敬然.用生态翻译理论分析程荣捷对朱熹哲学著作的选译[D].华中师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[19]阳吉勋.电火花成形机床数控系统研究[D].浙江工业大学,2009.
[20]牟增旭.动车组制动状态监测和故障诊断系统软件研究[D].西南交通大学,车辆工程,2013,硕士.
[21]薛辉.产业集群与区域物流协作模式研究[D].北京交通大学,2009.
[22]詹云.连锁经营在手机零售业的应用研究[D].西南财经大学,工商管理,2004,硕士.
[23]聂晓龙.地方新闻网站发展策略分析[D].内蒙古大学,新闻与传播学,2013,硕士.
[24]黄洋.密闭索和高强镦头式预应力钢拉杆的材料性能及工程应用研究[D].北京交通大学,2014.
[25]高湛茱.新闻发布会交替传译的语义转述研究[D].南昌大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[26]周清平.舰船噪声包络的高阶统计量特征研究[D].西北工业大学,水声工程,2004,硕士.
[27]仇喻.民营福利企业残疾职工社会保障问题研究[D].湖南师范大学,社会保障,2013,硕士.
[28]韩莉.“三种唱法”的文化分析[D].河南大学,音乐学,2004,硕士.
[29]胡文霏.航空发动机自适应逆控制[D].南京航空航天大学,航空宇航推进理论与工程,2004,硕士.
[30]郝刚.电信运营商竞争中的政府管制研究[D].内蒙古大学,公共管理,2014,硕士.
[31]王家岭.校车后防撞钢梁碰撞性能仿真分析[D].郑州大学,车辆工程,2013,硕士.
[32]徐静.《翻译能力培养》（第七章和第八章）翻译报告[D].四川外国语大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[33]卓放,陈波,饶云堂,王兆安.改进型TTA在三相四线制SVG中的应用[J].电力系统自动化,2007,13:72-76.
[34]高红星,左洪福.面向未来的民航数字化维修[J].航空维修与工程,2005,02:24-26.
[35]姜军豪.新型热式气体质量流量计关键技术研究[D].北京印刷学院,信号与信息处理,2013,硕士.
[36]张萌.我国民用机场政府管制改革与发展研究[D].长安大学,行政管理,2013,硕士.
[37]吴正朋,刘思峰,米传民,党耀国,崔立志.基于不动点的新强化缓冲算子及其性质研究[J].控制与决策,2010,09:1338-1342+1348.
[38]毕淼.股东与经营者关于会计信息的博弈研究[D].东北石油大学,会计学,2013,硕士.
[39]崔玉洁.Filamin A调控EGFR活化对三阴乳腺癌细胞生物学行为的影响[D].河北医科大学,肿瘤学,2014,硕士.
[40]孟宪贵.论事实劳动关系及其法律完善[D].北京化工大学,民商法学,2013,硕士.
[41]唐红.论编译的理论及实践[D].福建师范大学,英语语言文学,2004,硕士.
[42]王树德.地图在数字地球建设和应用中的几个问题[J].青岛职业技术学院学报,2003,02:38-41.
[43]张子佳,赵海雷,高春辉,曾志鹏,夏青,王捷.锂电池高性能正极材料石墨烯封装纳米硫化镍复合物的研究[A].中国硅酸盐学会固态离子学分会.第17届全国固态离子学学术会议暨新型能源材料与技术国际研讨会论文集[C].中国硅酸盐学会固态离子学分会:,2014:1.
[44]郑冬伟.民间借贷规制的立法模式及路径选择[D].华侨大学,法律,2013,硕士.
[45]梁国俐.基于有限元和人工神经网络的焊接过程数值模拟[D].大连理工大学,材料加工工程,2004,硕士.
[46]吴锡传.社会矛盾纠纷多元化解决机制研究[D].西南政法大学,宪法学与行政法学（专业学位）,2012,硕士.
[47]赵虎.高频感应加热铝箔封口机电源的研究与实现[D].山东大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[48]丁文澜.E-learning中基于改进SVM的情绪认知建模技术研究[D].首都师范大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[49]夏世威,白雪峰,陈士麟,郭志忠.基于模糊聚类法的暂态稳定机组分群方法[J].电力系统自动化,2010,02:29-33.
[50]张璐.企业纳税人满意度研究[D].北京交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.