小立碗藓（Physcomitrella patens）非生物胁迫蛋白质组学研究

摘要

苔藓植物具有相对简单的发育模式，单倍体的配子体在其生活史中占主导地位，作为研究植物生物学过程的模式系统具有诸多的优越性。苔藓植物小立碗藓能够高效地通过同源重组的方式将外源DNA整合到其核DNA，这就使得基因打靶在此物种中就像在小鼠胚胎干细胞和酵母中一样成为一种非常便利的技术。小立碗藓已成为植物生物学和功能基因组学研究的理想的模式系统。 干旱、盐渍和低温是影响植物生长发育和限制作物产量的不利的环境因子。植物适应环境胁迫有多种水平如分子和细胞水平以及生理生化水平，但其本质却是分子水平的基因时空表达与调控。非生物胁迫诱导基因的大量表达，这些胁迫诱导基因的蛋白产物通常会积累以应对不良的环境条件，这些蛋白质的功能及其表达调控机制是目前胁迫生理学研究的重要主题。 小立碗藓(Physcomitrellapatens)具有很强的抗旱、抗冷和抗盐胁迫的能力。本论文采用高分辨率的蛋白质双向电泳分离技术和高通量的蛋白质质谱分析技术以及生物信息学等手段，开展小立碗藓低温、盐渍和脱水胁迫比较蛋白质组学研究，探讨小立碗藓应答逆境胁迫信号相关蛋白质及其网络调控机制，对阐明植物的抗性机理具有重要的理论意义和实践意义。 我们分别构建了小立碗藓低温、盐渍和脱水胁迫蛋白质组表达谱。并对226个目的蛋白点进行了LC-MS/MS质谱分析和数据库检索鉴定，其中189个蛋白质得到了鉴定，鉴定成功率为83.6％。根据它们功能可以分为12种不同的类别，其中绝大多数为能量产生和代谢以及抗性相关的蛋白质。研究获得以下结果：1.小立碗藓茎叶体0℃处理0，24，48，72小时后，鉴定了49个差异表达蛋白。其中16个蛋白表达量下调，25个蛋白表达量上调，4个蛋白为诱导蛋白。这些蛋白根据它们的功能分为10种，包括抗性、光合作用、物质和能量代谢、细胞生长分裂和细胞骨架、信号传导相关蛋白等。用定量PCR分析结果表明，蛋白质和mRNA没有很好的相关性，因而mRNA水平的研究不能代替蛋白质的研究。 2.生长三周的小立碗藓茎叶体0mM，250mM，300mM，350mMNaCl处理72小时，鉴定了67个差异表达蛋白质。这些蛋白质主要有与能量和物质代谢相关的蛋白质例如3-磷酸甘油醛脱氢酶、果糖激酶、磷酸核酮糖激酶、质体蓝素、景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶、谷氨酸合成酶等，与信号传导及抗性相关蛋白例如向光蛋白、14-3-3蛋白、盐诱导蛋白、prolin-rich蛋白、lipocalin-like蛋白、铁氧还蛋白过氧化物酶、2-半胱氨酸铁氧还蛋白过氧化物酶、病原相关蛋白及大量热激蛋白的表达等。实验结果说明，在盐渍胁迫对植物组织的代谢活动有很大的影响，并启动了多种抗性途径来适应逆境胁迫。我们的研究为阐明植物对盐渍胁迫的机理提供了新的洞察力。 3.小立碗藓在脱水胁迫下，细胞形态和蛋白质表达发生了很大的变化，73个差异表达蛋白被鉴定。细胞骨架蛋白如α微管蛋白、β微管蛋白及肌动蛋白下调引起细胞形态的变化。能量和物质代谢相关的蛋白质例如3-磷酸甘油醛脱氢酶、转酮酶、烯酰-CoA水合酶、酮酸还原异构酶、枯草杆菌蛋白酶、黑芥子酶等的上调说明了代谢活性的增强。在脱水状况下信号及抗性相关蛋白如蛋白激酶、IAA/AUX蛋白、脱水蛋白、铁蛋白、铁氧还蛋白过氧化物酶、2-半胱氨酸铁氧还蛋白过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶等也大量表达。我们的研究结果表明，在脱水胁迫下植物体适应机制是多方面的、是多个蛋白协同作用的，是一个复杂的调控网络。 本研究首次用蛋白质组学方法解析了小立碗藓在低温、盐渍及脱水条件下蛋白质组的变化情况，鉴定了一些有价值的蛋白质，为更好的理解植物逆境胁迫机理提供了新的证据。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩写表

第一章文献综述

1蛋白质组学研究进展

2植物非生物胁迫分子机制研究进展

3小立宛藓研究现状

4立题依据

第二章材料与方法

第三章结果与讨论

1小立碗藓低温胁迫蛋白质组学研究

2小立碗藓盐胁迫蛋白质组学研究

3小立碗藓脱水蛋白质组学研究

3.1材料培养及处理

3.2小立碗藓脱水条件下形态学及细胞显微观察

3.3小立碗藓脱水蛋白质组差异显示分析

3.4小立碗藓脱水差异表达蛋白质LC-MS/MS分析鉴定

3.5小立碗藓脱水差异表达蛋白质功能分析

小结

参考文献

在读期间论文发表

致 谢