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Physiological, Biochemical and Molecular Changes Associated with Acquisition of Desiccation Tolerance in Development Orthodox Seeds of Jatropha Curcas

Samar Abd Elaziz Omar  
【摘要】:脱水是小桐子种子成熟过程的最后一个步骤,干种子中含水量一般占鲜重的10-12%。通过对种子自然脱水过程和人工干燥的过程中种子内部生理、生化和分子等方面的研究,阐明了存在两种干燥耐受机制(抗氧化机制和蛋白质保护机制)参与种子的成熟。对种子内部由脂质的过氧化反应产生的过氧化氢的产生与消除现象的研究分析,显示H2O2在成熟过程中的产生量呈现下降趋势;同时对种子在成熟时期中胚乳和胚组织中的几种主要的抗氧化酶(包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶、抗坏血酸还原酶、谷胱甘肽还原酶)进行活性分析,与前几个时期相比,除了抗坏血酸还原酶外,都显示出总酶活性的下降。对抗氧化酶的相关基因在种子发育过程中RNA表达水平上的研究不仅确定了已经研究过的酶谱,而且揭示了超氧化物歧化酶活性下降直接与Cu/Zn-SOD基因的表达活性有关,同时种子成熟过程中的超氧化物歧化酶能持续保持活性也与Mn-SOD基因的表达有关。 人工烘干会导致种子内部超氧化物歧化酶和抗坏血酸还原酶活性上升。在种子成熟和人工烘干种子的过程中,通过对抗氧化物酶进行活性分析得出过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化氢酶对H2O2的清除所起的作用并不是很大。在种子成熟或者人工干燥处理后,谷胱甘肽还原酶的活性没有明显的变化;种子在自然干燥的过程中,超氧化物歧化酶和谷胱甘肽还原酶的同工酶的酶谱发生变化,作为对比,在这个时期通过人工干燥处理并没有引起谷胱甘肽还原酶的同工酶酶谱发生变化。 对小桐子种子蛋白表达谱的研究表明,在种子成熟过程中或人工干燥处理后获得的干旱耐受性与粗蛋白和热休克蛋白的积累有很大关系。利用蛋白质印迹技术对脱水蛋白和小热休克蛋白进行分析,显示出两种不同的脱水蛋白和两种不同的小热休克蛋白与种子的自然脱水过程紧密关联。通过对两种脱水蛋白基因(JcDHN-1和.JcDHN-2)和两种小热休克蛋白基因(JcHsP-1和JcHSP-2)表达产物的定量分析,结果显示出这些基因的表达在种子的成熟和自然的脱水过程中有明显增加,JCDHN-2和JCHSP-2基因的表达对成熟种子在10天内含水量从42%FW降到10%FW起着非常重要的作用。 对种子中脱水蛋白的cDNA的长度进行特征性分析,显示存在两种类型的脱水蛋白:一种是JcDHN-1属于Y3SK2家族,由175个氨基酸残基组成,分子量为19.3KDa;另一种是JcDHN-2属于Y2SK2家族,由156个氨基酸残基组成,分子量为17.1KDa。而对小热休克蛋白的cDNA长度进行特征性分析显示出这两种蛋白都含有小热休克球蛋白的a-球蛋白结构域。JcHSP-1由219个氨基酸残基组成,分子量为24.43KDa; JcHSP-2由157个氨基酸残基组成,分子量为18KDa。


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