氮饥饿小麦幼苗根系NO3-转运蛋白基因的转录水平变化及蛋白质组学研究

摘要

氮素是植物体内大部分物质（如核酸、蛋白质、酶、叶绿素等）的重要组分，是限制作物生长和产量提高的首要营养限制因素。施用氮肥能显著增加作物产量，但由于氮素利用率较低，因此，大量施用氮肥不仅浪费了资源，增加了农业生产成本，而且还导致严重的环境污染，因此，探究作物氮饥饿响应的分子机制对提高作物氮素利用效率具有重要意义。
　　本试验通过测定氮饥饿小麦幼苗根系中硝酸盐(NO3-)转运蛋白相关基因(NRT家族基因)转录水平变化及蛋白质组学变化，探讨了小麦幼苗响应氮饥饿的分子机制。主要研究结果如下:
　　1.氮饥饿显著抑制了小麦幼苗地上部分的生长，但刺激了小麦幼苗根部的生长。定量分析显示，氮饥饿8d后，胁迫小麦幼苗的株高、叶片的干、鲜重均显著低于对照;而根长和根干、鲜重则显著高于对照。此外，氮饥饿小麦幼苗叶片的叶绿素含量、叶片和根的硝酸盐和可溶性蛋白含量均显著低于对照;且氮饥饿显著加剧了小麦幼苗叶片和根中丙二醛(MDA)的积累。
　　2.通过比较分析，检测出小麦基因组中存在氮转运蛋白NRT17个成员(TaNRT1.1、TaNRT1.2、TaNRT1.3、TaNRT1.4、TaNRT1.5、TaNRT1.7和TaNRT1.8)和NRT25个成员(TaNRT2.1、TaNRT2.2、TaNRT2.3、TaNRT2.4和TaNRT2.5)。
　　3.利用荧光实时定量PCR法(qPCR)，研究了氮饥饿情况下小麦幼苗根系中12个预测的硝酸盐转运蛋白相关基因NRT1和NRT2家族成员转录水平的变化。在所有的测定点(第2、4、6和8d)，氮饥饿均抑制了TaNRT1.5和TaNRT2.4基因的表达，但却诱导了TaNRT1.2和TaNRT2.5的表达。此外，TaNTR1.1、TaNTR1.2、TaNR T2.1、TaNRT2.2和TaNRT2.3在氮饥饿的第2d和第4d，TaNRT1.3在氮饥饿的第2、4和第6d，TaNRT1.4、TaNRT1.7和TaNRT1.8在氮饥饿第2d的表达量均显著上升。
　　3.在氮饥饿的第8d，利用同位素标记相对和绝对定量技术(iTRAQ)比较了对照幼苗和氮饥饿处理幼苗根系的蛋白质组学差异，辨析出3681个蛋白点，显著差异(ratio＞1.5或ratio＜0.67，且P≤0.05)的蛋白点有134个，其中66个蛋白涉及信号转导、氮代谢、碳水化合物代谢、胁迫防御、物质转运和能量产生6个不同功能组，其余68个为未知蛋白。其中信号转导相关蛋白有1个;氮代谢相关蛋白有16个，表达上调的5个，下调的11个;碳水化合物代谢蛋白11个，表达上调的5个，下调的6个;胁迫防御相关蛋白30个，表达上调的10个，下调的20个;转运相关的蛋白5个，表达上调的1个，下调的4个;能量产生相关的蛋白3个，表达上调的1个，下调的2个。这些蛋白的辨认有利于进一步揭示小麦幼苗响应氮饥饿的分子机制。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 高等植物对氮素的吸收

1．2 植物体内氮的代谢

1．3 氮饥饿对高等植物生理功能的影响

1．4 植物响应氮饥饿的分子生物学研究

1．4．1 植物响应氮饥饿的转录水平研究进展

1．4．2 植物响应氮饥饿的蛋白水平研究进展

第二章 本研究的目的与意义、研究内容及技术路线

2．1 本研究的目的与意义

2．2 本研究的内容

2．3 本研究的技术路线

第三章 氮饥饿小麦幼苗根系中NRT1和NRT2家族基因的转录水平变化

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验材料及处理

3．2．2 实验所用试剂及仪器

3．2．3 测定项目及方法

3．3 结果与分析

3．3．1 氮饥饿对小麦幼苗生长参数的影响

3．3．2 氮饥饿对小麦幼苗叶绿素、硝酸盐、可溶性蛋白和MDA含量的影响

3．3．3 普通小麦中NRT1和NRT2家族基因数目的鉴定

3．3．4 氮饥饿情况下小麦幼苗根中NRT1和NRT2家族基因的表达变化

3．4 讨论

3．4．1 氮饥饿对小麦幼苗生长和生理代谢的影响

3．4．2 NRT1和NRT2家族基因在小麦幼苗氮饥饿响应中的转录模式

第四章 氮饥饿小麦幼苗根系蛋白质组学的变化

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验材料及处理

4．2．2 实验所用的主要仪器

4．2．3 实验所用的主要试剂

4．2．4 蛋白质样品的制备及定量

4．2．5 酶解和肽段定量

4．2．6 肽段标记

4．2．7 肽段的二维液相色谱分级分离

4．2．8 质谱鉴定及Mascot搜索

4．2．9 肽段和蛋白的定量分析

4．3 结果与分析

4．3．1 小麦幼苗根系总蛋白的提取

4．3．2 小麦幼苗根系响应氮饥饿的蛋白质组学研究

4．3．3 氮饥饿小麦幼苗与氮饥饿大麦幼苗根系蛋白组学比较

4．4 结论与讨论

4．4．1 信号转导蛋白

4．4．2 氮代谢相关蛋白

4．4．3 碳水化合物合成相关蛋白质

4．4．4 胁迫防御相关蛋白质

4．4．5 转运相关蛋白质

4．4．6 能量产生相关蛋白

4．4．7 氮饥饿胁迫下小麦幼苗根与大麦根中蛋白组学比较

第五章 本文主要结论、创新点及下一步研究计划

5．1 主要结论

5．2 本研究创新之处

5．3 下一步研究计划

攻读硕士学位期间发表文章及获得荣誉情况

参考文献