低温胁迫下水稻幼苗蛋白表达研究

摘要

低温是众多逆境胁迫中影响最为恶劣的一种，严重导致水稻减产和质量下降。伴随着极端气候如骤冷的频繁发生，研究水稻耐冷机制培育耐冷品系迫在眉睫。本研究采用双向电泳技术结合质谱数据的生物信息学分析，初步研究了冷敏感品系9311和耐冷品系藤坂5号水稻幼苗对冷胁迫的响应。
　　 主要研究结果如下:
　　 1、建立冷敏感品系9311和耐冷品系藤坂5号差异蛋白2-DE电泳图谱。从9311图谱中分析得到明显差异表达的蛋白点有36个，其中表达上调的有2个、下调的34个，成功鉴定28个，属于27种蛋白质。从藤坂5号中得到明显差异表达的蛋白点则有43个，其中上调的24个、下调的19个，成功鉴定35个，属于32种蛋白质。
　　 2、生物信息学分析发现，在低温胁迫下，差异表达的蛋白包括伴侣蛋白、抗氧化酶和抗坏血酸酶、谷胱甘肽-s-肽转移酶Ⅱ、热激蛋白GrpE protein、蛋白激酶、光合系统酶、成熟酶K、ATP依赖的锌金属蛋白FTSH2等。表达发生变化的蛋白功能涉及很多方面，从生物过程来看，两个品系冷胁迫相关蛋白参与的最大一类都是代谢，其次是细胞过程，然后是应激反应，平均比例分别约为70％，65％，40％;从分子功能来看，这些蛋白主要是起结合，催化和运输的作用，平均比例分别约为50％，55％，10％;从细胞组分来说，主要是细胞部分和细胞器及囊膜发生变化，平均比例分别约为78％，75％，30％。另外，9311中发现4个与水稻冷胁迫相关功能未知蛋白，藤坂5号中发现3个冷胁迫相关蛋白未知功能蛋白。进一步分析表明，差异蛋白质参与途径主要有代谢、生物和非生物胁迫、蛋白质代谢与修饰、碳水化合物代谢、碱基化合物代谢、前体代谢和能量的产生、光合作用和运输等。由此可见，水稻抵御低温冷害是一个非常复杂的过程，牵涉到很多途径。
　　 3、两个品系比较分析发现，9311冷胁迫相关蛋白多数表达下调，而藤坂5号冷胁迫相关蛋白多数表达上调。两种材料差异表达蛋白参与代谢途径的比例都居于首位，超过60％。参与胁迫途径的9311差异蛋白比例远远高于藤坂，且除了ATP合成酶都为下调蛋白。9311参与能量和光合作用途径的差异蛋白比例也没有藤坂高，且多数此类蛋白表达下调。
　　 以上结果表明:在低温刺激下，细胞膜成分和结构受到损坏，代谢发生巨大变化，水稻防御系统被激活。耐冷材料藤坂5号通过高表达胁迫途径的蛋白，增强光合作用和能量代谢从而使植物免受逆境伤害。本实验通过两种材料的不同处理一共发现59种冷胁迫相关蛋白，并对他们的功能进行了阐释和分类。本实验为水稻耐冷的相关研究提供了参考，为耐冷水稻品种的培育提供了重要的辅助技术，拓宽了植物耐冷研究的视野。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 植物低温胁迫概述

1．1．1 水稻冷胁迫下的水稻生理反应

1．1．2 水稻耐冷的分子机制

1．2 植物蛋白组学研究进展

1．2．1 蛋白组学研究技术

1．2．2 水稻蛋白质组生物信息学分析

1．2．3 水稻低温胁迫下蛋白组研究进展

1．2．4 其它植物低温胁迫蛋白质组学研究

1．3 研究目的和意义

2 材料与方法

2．1 实验用品

2．1．1 材料

2．1．2 主要试剂

2．1．3 主要仪器设备

2．2 实验方法

2．2．1 实验溶液的配制

2．2．2 苗的种植和处理

2．2．3 蛋白提取

2．2．4 蛋白溶解和纯化

2．2．5 蛋白的定量

2．2．6 双向凝胶电泳

2．2．7 凝胶图像采集

2．2．8 图像分析

2．2．9 酶解

2．2．10 质谱鉴定

2．2．11 生物信息学分析蛋白

3 结果与分析

3．1 水稻冷处理后形态变化

3．2 样品制备对双向电泳的影响

3．3 冷胁迫下幼苗差异蛋白表达谱建立和分析

3．3．1 差异蛋白2-DE图谱建立

3．3．2 差异蛋白2-DE图谱的建立和分析

3．4 差异蛋白质谱结果分析

3．4．1 9311差异蛋白质谱结果及分析

3．4．2 藤坂5号差异蛋白质谱结果及分析

3．5 两材料差异蛋白功能比较

3．5．1 9311与藤坂5号冷胁迫下差异蛋白质谱结果整体比较分析

3．5．2 基于已分类蛋白两材料差异蛋白功能比较

3．6 质谱鉴定蛋白逐个分析

4 小结与讨论

4．1 水稻冷胁迫后形态变化

4．2 蛋白样品制备对双向电泳影响

4．3 质谱鉴定结果

4．4 存在的问题和后续工作

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间论文发表情况