水稻应答铝毒害的根蛋白质组学研究及OsTCTP功能分析

【摘要】水稻不仅是全世界最重要的粮食作物,而且还是单子叶植物的模式生物。随着水稻全基因组序列测序的完成和各种组学技术的出现,水稻功能基因组的研究也进入了一个新阶段。铝毒害是酸性土壤限制作物生产的主要因素之一。因此,深入了解水稻的耐铝机制,并应用抗逆应答过程中的重要基因,可以提高铝敏感植物的耐铝性。为了研究水稻铝耐性机制,我们利用同位素标记的相对和绝对定量(isobarictagsforrelativeandabsolutequantitation,iTRAQ)标记技术、生物信息学和qPCR分析了敏感性水稻品种(7098)和耐性水稻品种日本晴(Nipponbare)根中的蛋白质表达谱。结果表明：根蛋白质表达量显著地受铝处理影响。我们一共鉴定了106种差异表达的蛋白质,涉及的功能包括能量、胁迫和防御、蛋白质稳态(合成、修饰和降解)、代谢(催化功能)、信号转导、转运和胞内运输、细胞结构、细胞生长/分裂及转录。在7098中,62种蛋白质的含量在铝处理后发生了显著变化；日本晴中有76种蛋白质的丰度在铝处理后发生了显著变化;32种为敏感、耐性水稻品种中共同鉴定的蛋白质。研究结果表明：在蛋白质水平上,7098和日本晴对铝毒的响应是不同的。KOBAS分析表明,糖酵解/糖异生途径是最有可能在水稻铝胁迫中特异调控的代谢途径。我们对糖酵解/糖异生途径中的8个蛋白质用qPCR分析了它们的基因表达情况。这8个编码糖酵解/糖异生途径中关键酶的基因在耐性水稻品种的表达都比在敏感性品种中的表达水平高,这表明这些基因可能通过调节有效利用的能量来提高铝耐性。此外,我们还对胁迫应答基因OsTCTP(translationallycontrolledtumorprotein)做了深入、系统的功能分析。首先,我们从水稻中克隆了OsTCTP基因,利用southernblot证明了其为单拷贝基因。不过OsTCTP基因存在可变剪接,但只有一个转录本可以翻译为成熟的蛋白质。然后,利用T-DNA插入突变体证明了OsTCTP基因具有翻译水平的调控。我们还利用westernblot分析了OsTCTP在正常条件和非生物胁迫条件下的蛋白表达谱,发现其在各组织器官成组成型表达,且在分生组织等细胞活力旺盛的区域表达量较高。受汞、铜和过氧化氢等非生物逆境以及ABA的诱导上调表达；但不受NaCl、PEG、SA、JA、NAA处理和机械损伤的影响。最后,我们利用过表达株系(OsTCTP-OX)和RNAi干涉株系(OsTCTP-RNAi)研究了其在汞耐性方面的作用,发现OsTCTP可能通讨调节主要抗氧化酶(SOD,CAT,APXandPOD)的活性来增加水稻对汞的耐性。
【作者】王占旗；
【导师】郑绍建；
【作者基本信息】浙江大学，植物学，2014，博士
【关键词】水稻；铝毒害；蛋白质组学；iTRAQ；TCTP；汞；耐性机制；

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