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秋茄(Kandelia candel)叶片耐盐相关蛋白的分离鉴定及功能分析

刘潇  
【摘要】:盐胁迫对农业土地来说是一个世界范围的严重的问题。在许多地区,它不仅严重制约作物生长在许多地区和产量,可耕土盐渍化的增加可能将会带来灾难性的全球影响。秋茄(Kandelia candel)是一种典型的红树林盐生植物,红树植物是一类生长于热带亚热带海岸潮间带的木本植物,红树植物生境最大的特点就是高盐分。秋茄是东南沿海,特别是福建等省份红树林的常见种,研究其耐盐性机制具有重要的理论意义和广阔的应用前景(对科学引种、驯化植物、遗传优选等也起着重要的指导作用)。本研究运用蛋白质组研究方法和生理指标测定,以秋茄为实验材料,在秋茄幼苗长到四叶时,用含有150(对照)、300、450、600mMNaCl的Hoagland营养液处理72h,分离鉴定不同盐浓度盐胁迫下秋茄叶片的耐盐相关功能蛋白,构建了秋茄叶片盐胁迫响应蛋白谱,解析了秋茄叶片盐胁迫条件下生理响应与耐受机制。 本研究采用双向电泳方法分离盐胁迫下秋茄叶片蛋白,使用软件Image-master分析共发现49个差异蛋白点的丰度变化达2倍以上,经质谱分析,共成功鉴定48个蛋白,其中36个上调表达,7个下调表达,5个复杂变化。然后,通过在NCBI等蛋白质公共数据库上的搜索,在深入分析耐盐相关蛋白质的分子功能基础上,我们将这些差异蛋白质分为光合作用相关蛋白(16.7%)、蛋白质代谢相关蛋白(8.3%)、氨基酸转运及代谢相关蛋白(10.4%)、能量与物质代谢相关蛋白(31.3%)、解毒与抗氧化相关蛋白(4.2%)、信号转导相关蛋白相关蛋白(4.2%)、分子伴侣相关蛋白(10.4%)及其他蛋白(14.6%)等8个大类。 其中物质和能量代谢的相关蛋白大都为上调表达的,这说明在盐胁迫条件下,秋茄的物质与能量代谢比较活跃,植物需要更多的能量才能够维持其正常的生理活动;同时能为植物其他的代谢活动提供原料来源,从而增强植物的耐盐能力。液泡H~+-ATP酶通过液泡Na~+/H~+逆向转运蛋白能产生和维持质子电化学梯度。这种电化学梯度是新陈代谢产物和离子运输的驱动力,它可以使Na~+进入液泡。Na~+的液泡区域化对渗透调节来说是一种重要的和有效的策略,可以减少植物细胞质中Na~+的浓度。本研究中,液泡H~+-ATP酶的表达量增加,可能表明秋茄叶片细胞通过加强离子选择性吸收和维持离子平衡以应对不利环境的胁迫。 在盐胁迫下,植物体内的活性氧的产生量增加,破获植物的活性氧代谢系统的平衡。许多植物为了除去这些活性氧,会维持或提高抗氧化酶和解毒蛋白的活性,来减轻活性氧对秋茄造成的伤害,保护其细胞膜系统。植株还可以通过调控信号网络,如14-3-3蛋白含量的增加,来增强其对逆境胁迫的感应,这样能够更加有效地调节和控制秋茄响应胁迫的过程。通过以上各种酶的共同作用使秋茄叶片以及秋茄幼苗能够在短期的盐胁迫下,依然保持正常的生理生命活动,维持其正常生长。 目前,在大多数盐胁迫的研究中,其研究对象主要为草本植物,如水稻、小麦等;以耐盐性木本植物为研究对象很少,并且大多以生理和形态学研究为主。到目前为止,人们对秋茄的研究主要是在形态和生理生化方面,对于其分子方面的研究报道还未发现。本研究从蛋白质组水平上研究秋茄叶片耐盐相关蛋白的表达模块和网络及其功能,为耐盐植物品种的遗传育种提供分子生物学依据。


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