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白桦低温胁迫响应与叶绿体RNA结合蛋白的蛋白质组学研究

乌凤章  
【摘要】: 低温是植物最主要的非生物胁迫因子之一,影响很多重要经济植物的生长和地理分布。白桦是世界重要的经济植物,而且具有较强的抗寒性。利用蛋白质组学方法研究白桦对低温胁迫的应答机制,发掘耐寒基因和低温应答相关蛋白,对于全面揭示抗寒植物低温适应的遗传基础,揭示其抗寒机理具有重要的意义。 将白桦幼苗分别置于4℃和对照(23℃)的人工气候室中,在处理当天、4d、7d、10d、14d时测定其高生长量、叶片质膜透性、叶绿素相对含量、叶绿素荧光参数PSⅡ有效光化学量子产量(Fv′/Fm′)、光化学淬灭效率(q_p)、非光化学猝灭系数(NPQ)和可溶性糖含量的变化情况。结果表明:低温胁迫导致高生长基本停止,叶绿素含量逐渐降低,14d时叶片变黄;相对电导率先升高后降低,最后恢复到对照水平;Fv′/Fm′、q_p和NPQ与对照相比均显著降低,Fv′/Fm′和NPQ则表现为先降低后有升高,最后降低的波动形式,可溶性糖含量明显提高。这些现象表明,4℃低温已造成了质膜可逆性的伤害和PSⅡ原初光能转化受到抑制,但随着胁迫时间延长,植物产生了适应性,抗寒能力得到了显著提高。 用2 DE-GEL方法分析了白桦幼苗在4℃处理当天、4d和14d时的蛋白质图谱,在凝胶图上检测到37个丰度发生2倍以上变化的差异蛋白点,其中15个高丰度的差异蛋白点用ESI-MS/MS成功地得到了鉴定。鉴定的蛋白质通过Swiss Prot/rEMBL数据库检索和分析以及相关的文献报道对其功能进行了分类,大致分成4类,即参与信号转导、光合作用,碳、氮及能量代谢和应激相关蛋白。分析鉴定的蛋白质有50%以上定位于叶绿体上,表明叶绿体可能在植物应答低温胁迫机制中具有重要的作用。 叶绿体RNA结合蛋白是调控叶绿体基因表达的重要因素。通过层析柱分离了白桦叶绿体蛋白中与多聚腺苷酸和ssDNA紧密结合的RNA结合蛋白。然后使用双向电泳技术分离这些蛋白,通过MALDI-TOF-MS和ESI-MS-MS分析图谱上的主要蛋白质点,成功地鉴定了13个蛋白质。鉴定的蛋白多数在Swiss-prot/TrEMBL数据库中定义了功能,其中4个已报道具有RNA结合蛋白的性质;3个具有ATP结合特性;1个具有NAD结合特性;1个具有DNA结合特性;4个蛋白没有外观的结合性质;用这种方法浓缩和鉴定了4个丰度蛋白,包括1个转录因子。此研究加深了对树木中叶绿体RNA结合蛋白功能的全面理解,也表明可以在其他植物叶绿体中开展RNA和蛋白质相互作用的研究。


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