基于蛋白组学技术研究凤眼莲(Eichhornia crassipes)对Cd、Zn胁迫的响应机制

摘要

凤眼莲（Eichhornia crassipes）可以富集多种重金属，常被用来修复污染水体，但相关的蛋白质在该植株体内富集重金属过程中的作用仍有待深入探讨。本实验以凤眼莲为对象，在Cd和Zn胁迫处理下，测定其植株生物量、重金属富集水平、Fe的吸收等生理生化指标的变化。利用qPCR、SDS-PAGE等手段确定了凤眼莲金属硫蛋白EiMT2对Cd、Zn毒害作用的响应表达情况，并初步探究了凤眼莲EiMT2在大肠杆菌中表达纯化的相关条件。同时借助同位素标记相对和绝对定量（iTRAQ）技术研究凤眼莲各部分蛋白质在重金属胁迫下的含量和状态变化，明确其显著差异蛋白，并对蛋白功能进行分析，深入探究凤眼莲富集重金属及耐受重金属的分子机制，为进一步提高凤眼莲富集重金属修复效率提供科学依据。主要研究成果如下:
　　1、Cd、Zn胁迫下，凤眼莲总生物量有明显减少。Cd、Zn复合处理下，Zn胁迫的加入使凤眼莲根部固定了更多的Cd; Cd的加入降低了凤眼莲对Zn的富集能力而提高了植物体内Zn的转运能力。Cd、Zn胁迫还有助于凤眼莲对营养元素Fe的吸收。
　　2、凤眼莲根、茎、叶中EiMT2都对Cd、Zn胁迫有强烈响应。Zn诱导凤眼莲EiMT2相对表达量约为Cd诱导表达的一倍。Cd、Zn复合处理下EiMT2相对表达量约为Cd、Zn单一胁迫的十倍以上。在大肠杆菌BL21(DE3) pLysS中培养表达EiMT2具有稳定性和重复性，有利于该蛋白结构和功能的探究。
　　3、iTRAQ标记方法共检测到149个显著差异表达蛋白质。Cd胁迫下共筛选出40个上调蛋白、30个下调蛋白，差异蛋白参与了凤眼莲含氮化合物代谢、碳水化合物代谢、光合作用、光呼吸作用、蛋白合成等过程;Zn胁迫下共筛选出28个上调蛋白、51个下调蛋白，差异蛋白参与了凤眼莲碳水化合物代谢、光合作用、细胞内物质分解与合成代谢等过程。
　　4、蛋白组学研究结果发现，凤眼莲光合作用及呼吸作用关键酶1，5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶(Rubisco)在Cd、Zn胁迫下都出现上调，而植物体内其他与光合作用过程相关的蛋白则明显下调，说明Rubisco主要催化了植物光呼吸代谢过程。此外，Rubisco与凤眼莲含氮化合物代谢过程有一定的关系。通过QPCR技术测定凤眼莲体内Rubisco相对表达量后，我们发现其结果与蛋白组学所得结果相反，说明Cd、Zn胁迫可能加大了基因调控与相应蛋白表达之间的延迟距离。

目录

声明

摘要

缩略词表

1 前言

1．1 水体中的重金属污染

1．2 植物对镉、锌胁迫的响应机制

1．3 利用蛋白质组学的方法探究植物对重金属毒害的响应

1．4 iTRAQ技术与植物富集重金属

1．5 研究内容及技术路线

2 Cd、Zn胁迫下凤眼莲生物量的变化及其对重金属的富集

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．3 结果与分析

2．4 讨论

2．5 小结

3 Cd、Zn对凤眼莲体内金属硫蛋白的影响

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．3 结果与分析

3．4 讨论

3．5 小结

4 利用iTRAQ技术对Cd、Zn胁迫下凤眼莲进行蛋白组学分析

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．3 结果与分析

4．4 讨论

4．5 小结

5 结论与展望

参考文献

致谢