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《郑州大学》 2010年
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我国玉米核心种质磷胁迫蛋白质表达差异和基因组SSR分析

王彦玲  
【摘要】: 磷是植物生长发育所必须的大量元素之一,它在植物体内是一系列重要化合物如核苷酸、核酸、核蛋白、磷脂、ATP酶等的重要组成部分。同时,磷在植物体内以多种形式参与能量代谢,光合作用,信号传导等几乎所有的生命活动,对作物高产及保持品种的优良特质具有重要意义。植物体内的磷主要通过根系吸收土壤中的可溶性磷酸盐来满足其营养需求。据全国土壤普查资料估计,我国有1/3-1/2的土壤缺磷。为解决土壤中有效磷不足的问题,生产上通过施肥来解决土壤缺磷问题。施入土壤的大量磷肥在土壤中以无效状态储存起来,磷肥的当季利用率一般只有10%-25%。同时,大量施用磷肥,不仅耗竭有效的磷资源,而且带来环境污染,破坏生态平衡。因此,利用作物固有的生物学特性,挖掘作物自身对土壤磷元素高效吸收利用的潜力,培育磷高效作物品种,是农业可持续发展的一条重要途径。 玉米(Zea mays L.)是世界上种植面积最为广泛的作物之一,仅次于小麦和水稻,。缺磷是限制玉米生物产量和籽粒产量的重要因素。目前玉米品种的选育主要集中在产量和品质性状上,选育的品种磷利用效率一般不高。玉米苗期缺磷,即使后期供给充足的磷也难以弥补早期缺磷的不良影响。因此,深入研究玉米苗期磷胁迫机制,对于提高玉米品质和产量,获得磷高效基因型玉米提供了依据。近年来,国内外关于玉米耐低磷研究非常活跃,主要集中在玉米的形态,生理和根系特征的变化。 蛋白质作为细胞功能的执行者,直接反映植物的生命活动,据作者所知,现在较少有涉及玉米叶片的蛋白质水平的研究。为进一步揭示玉米耐低磷机理以及其耐低磷性的遗传基础,本实验以以河南省农业科学院培育杂交种郑单958及其亲本自交系郑58及昌7-2为材料,在磷胁迫条件下,分析培养基条件下生长玉米苗期叶片的蛋白质表达差异,为进一步深入研究磷胁迫响应基因,培育磷高效作物提供重要的资料。 杂种优势是生物界普遍存在的一种现象,指杂合体在一种或者多种性状上优于两个亲本的现象。利用杂种优势原理进行作物新品种的培育是现在育种的主要方法。近年来,人们对杂种优势的DNA和RNA水平研究取得了巨大的成就,但在蛋白质水品的研究很少。为了进一步研究郑单958在杂种优势上的表现,本实验利用双向电泳技术对郑单958及其亲本在缺磷条件下进行蛋白质组学分析,同时在DNA水平上对郑58、郑单958及其亲本进行SSR多态性分析,从而对郑单958的杂种优势进行分析。 在实验室原有技术基础上以国审玉米品种郑单958及其亲本昌7-2和郑58的成熟胚分别于缺磷MS培养基和完全培养基生长一月期的幼苗为材料,对其蛋白质进行2D聚丙烯酰胺凝胶电泳分离,同时对掖478、郑单958及其亲本昌7-2和郑58进行SSR多态性标记筛选,从而对郑58和掖478玉米自交系基因组差异性进行分析,为进一步分析郑单958的杂种优势提供理论基础。主要研究结果如下: 1、本实验郑单958及其亲本自交系郑58及昌7-2的成熟胚为材料,并同于幼胚,各自分别在MS缺磷培养基及MS完全培养基上生长一月期,结果表明,成熟胚在MS缺磷及MS完全培养基上成活率较低,分别约为10%和20%,成活幼苗茎杆较为粗壮,植株较高;幼胚在MS缺磷及MS完全培养基上成活率较高,分别约为70%和90%,成活幼苗茎杆瘦弱,植株较矮小。 2、研究优化了玉米组培绿苗蛋白提取过程中技术环节,克服了叶绿素、酚和醌类物质对提取蛋白质量的影响,为建立稳定的重复性好的绿色叶片蛋白质提取技术体系和蛋白质双向电泳技术体系,奠定了技术基础。 3、经过对完全培养基生长幼苗和缺磷培养基生长的幼苗蛋白质双向电泳凝胶图片的分析,对18个差异性较大的蛋白质点进行3D图分析,以位点体积值计算,完全培养基生长幼苗和缺磷培养基生长幼苗蛋白质差异位点体积值差异明显,揭示出有磷和无磷幼苗蛋白质的关键差异位点。 4、应用ImageMaster 2D Platinum (Version6.0)软件对完全培养基生长幼苗和缺磷培养基生长幼苗蛋白质图谱进行分析,以前者为对照,其中郑单958对照及其缺磷处理幼苗蛋白质分别有617和580个蛋白质点,匹配点220个,其中93个蛋白点表达量上调,127个蛋白点表达量下调;郑58对照及其缺磷处理幼苗蛋白质分别有555和431个蛋白质点,匹配点224个,其中78个蛋白点表达量上调,146个蛋白点表达量下调;昌7-2对照及其缺磷处理幼苗蛋白质分别有218和213个蛋白质点,匹配点107个,其中38个蛋白点表达量上调,69个蛋白点表达量下调;同时在郑单958及其亲本之间存在一些明显差异位点,对研究植物缺磷条件下杂种优势提供了重要的蛋白质组学信息。 5、选择玉米成熟胚幼苗叶片提取蛋白质,通过pH3-10 IPG胶条进行蛋白质组学分析,并利用质谱技术分别鉴定郑单958、昌7-2及郑58在缺磷及正常条件下生长所表达的差异蛋白质。在郑单958、昌7-2及郑58幼苗处理前后差异表达蛋白质中共鉴定出12个、五种类型蛋白质,其中涉及蛋白质参与的转录调控、翻译、植物修复、能量合成、光合作用。其中ATP合成酶β亚基在郑58中发生表达下调,ATP合成酶6亚基在昌7-2中发生表达下调现象,但在郑单958中并没有出现ATP合成酶的明显差异性表达,这可能暗示了郑单958在磷胁迫的环境适应方面的杂种优势。 6、通过200对SSR引物对掖478、郑单958及其亲本郑58和昌7-2进行多态性筛选和杂交优势分析,发现在200对引物中有60对引物在郑单958及其亲本之间表现多态性,47对引物在郑58和掖478之间表现多态性,SSR多态性标记在不同染色体上呈现不均匀性分布,且在同染色体上呈现不均匀性分布,并且表现出引物集中现象。这些变异很可能揭示出特定的染色体易于发生遗传重组和变异,这些变异有可能与产量配合比有关。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S513

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【引证文献】
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