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《华中农业大学》 2010年
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耐高温水稻资源高温诱导表达蛋白鉴定与分析

陈卫卫  
【摘要】: 随着工业化的发展,全球气候变暖对作物的生长发育、产量和品质产生很大影响。水稻是我国最重要的粮食作物,研究气候变暖条件下水稻的的遗传生理基础,对评价耐高温品种资源、指导耐高温品种选育和水稻生产应用有重要意义。目前在耐高温资源和育种后代评价与选择、遗传研究中多采用开花期自然高温结实性作为评价指标,但由于水稻资源或遗传群体间生育期的差异大、品种生理基础不一致,结实性受限因素多,难以获得客观的研究结果。所以从生长、生理状态相对一致的苗期或营养生长期寻找与开花期耐高温性密切相关的内在生理反应差异指标,有可能形成一种检测水稻资源的耐高温性评价方法。本研究结合苗期的高温生理表现和开花期高温结实率的情况,对不同类型水稻资源的耐高温性进行了评价,从中选出耐热性不同的三个品种进行叶片高温表达蛋白的鉴定分析,旨在从苗期高温诱导表达蛋白方面找出鉴定品种耐热性的实验室鉴定方法。 1.苗期高温生理基础研究及开花期高温结实率调查 对N22、蜀恢527、特籼粘、9311、绵恢725和桂99等六个品种苗期进行不同温度处理,分析根和叶片的脯氨酸含量、丙二醛含量、过氧化氢含量、电导率、根细胞质完整性等生理指标,结果表明高温对水稻的影响主要发生在叶片,不同品种对高温处理的敏感性存在差异,但各指标间相关性不明显。 苗期不同高温处理后的生长状态与存活率结果表明4叶期47℃高温处理2天可鉴定不同品种苗期耐高温性差异,耐热性强弱顺序为N22桂999311蜀恢527绵恢725特籼粘。存活率与叶片脯氨酸含量等生理指标相关,但线性关系不明显。 开花期高温处理后的结实率高低依次为N22桂99蜀恢5279311特籼粘绵恢725,结果与苗期耐高温性基本一致。 2.水稻叶片高温表达蛋白双向电泳分析 选择耐高温性差异明显的N22、蜀恢527和特籼粘作为高温处理下叶片蛋白质表达差异研究材料,经改良的蛋白质双向电泳分析和主要差异蛋白进行质谱鉴定,获得不同品种苗期叶片不同温度下的蛋白质表达差异谱。 共鉴定出23个差异蛋白点,其中有13个点得到质谱鉴定可信,在这13个点中N22有5个,特籼粘4个,蜀恢527有4个。功能分类分别属于热激蛋白,Rubisco结合蛋白,萌发素样1蛋白和翻译延伸因子EF-Tu调节蛋白。其中Rubisco类的蛋白,在耐高温品种N22和蜀恢527中呈高温上调表达,在高温敏感品种特籼粘中呈高温下调表达;热激蛋白HSP70和HSP20在耐高温品种N22中呈高温诱导表达。萌发素样蛋白1在所有品种中均表现出下调表达,但在特籼粘中高温表达下调达显著水平。 对耐高温品种N22中几个目标蛋白点的表达量进行42℃、45℃和47℃的温度梯度的纵向比较发现:对于Rubisco亚基α亚基结合蛋白(F20)、Rubisco亚基β亚基结合蛋白(F21)都是先升高后降低,在45℃达到最高值,47℃又大幅下降,可能是因为47℃属于极端胁迫温度,叶片很多都已经萎蔫,光合系统基本处于崩溃状态,所以蛋白活性大大降低;对于萌发素样蛋白1(G3)表达量呈先升高后降低后又升高的趋势;而对于EF-Tu(G9)是呈先升高,到47℃下降的趋势。 上述差异蛋白可能作为水稻苗期耐高温相关的鉴定蛋白,为深入研究水稻耐高温性遗传生理机制提供了基础数据。
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