水稻响应盐胁迫和低温胁迫的蛋白质组研究

【摘要】：蛋白质组学研究在功能基因组时代发挥着越来越重要的作用。双向电泳是其关键技术之一。水稻(Oryza sativa L.)不仅是世界上最重要的粮食作物,也是单子叶植物的模式植物。我们改进和优化水稻蛋白的提取方法及电泳条件,得到了高分辨率和高重复性的双向电泳图谱。在根、叶、悬浮细胞的双向电泳图谱上分别检测到至少1150、1000、1050个蛋白点。重复样品图谱间的相关系数在0.87和0.94之间。 盐胁迫是影响全世界作物产量的主要非生物胁迫之一,全世界约有20%的土地或50%的灌溉地受盐害的影响。三周大小的日本晴水稻幼苗(cv. Nipponbare)在150 mM的NaCl处理24、48、72 h后,根中有34个和20个蛋白点分别被上调和下调。质谱分析共鉴定出12个蛋白点,代表了10种不同的蛋白,其中3个点是同一个蛋白(烯醇化酶)。4个蛋白是已知的盐胁迫响应蛋白,另6个蛋白是新的盐胁迫响应蛋白,包括UDP葡萄糖焦磷酸化酶、根的谷氨酰胺合成酶、推测的新生肽结合蛋白复合物的α亚基、细胞色素C氧化酶6b-1亚基、推测的剪接因子类似蛋白、推测的肌动蛋白结合蛋白。这些蛋白参与了碳水化合物代谢、氮代谢、能量代谢、氧自由基的清除、mRNA和蛋白质的加工、细胞骨架的稳定。 低温胁迫是另一种主要的非生物胁迫,影响很多重要粮食作物的产量和地理分布。三周大小的水稻幼苗在6℃处理6h或24h后,生长受到抑制,叶片卷曲,相对电导率升高,净光合速率下降。用双向电泳共检测到1000多个叶片可溶性蛋白,其中31个被下调,66个被上调。质谱分析共鉴定出85个差异表达蛋白,包括已知的和新的低温胁迫响应蛋白。多个蛋白在低温胁迫下被降解,尤其是光合机构蛋白,有19个蛋白点均被鉴定为Rubisco大亚基的降解片段。这些蛋白参与信号转导,RNA加工,蛋白质翻译、蛋白质加工,氧化还原平衡,光合作用,光呼吸,碳、氮、硫及能量代谢。用定量PCR分析了44个基因的表达情况,结果表明mRNA与蛋白质水平的变化并不一致。另外,我们用Pro-QDiamond染料共检测到41个下调的和26个上调的磷酸化蛋白。