一个甘蓝型油菜叶绿素缺失突变体的蛋白质组学和生理学分析

摘要

植物叶片是进行光合作用的主要器官，决定植物体内干物质的积累。叶绿素参与光合作用，在光能捕获和能量传递中发挥关键作用;此外，叶绿素合成、积累和降解，还与叶绿体发育、光形态建成以及核质信号等有关。本实验室前期通过甲磺酸乙酯(EMS)诱变从甘蓝型油菜中筛选出叶绿素缺失突变体cde1。本研究采用iTRAQ定量蛋白质组学方法对cde1和相应的野生型进行了比较蛋白质组学研究和生理学的相关研究，为解析高等植物叶绿素合成和光合作用调控机制提供了新的方向，同时也为作物高光效育种应用奠定了基础。主要结果如下:
　　1)蛋白质组学结果:①利用iTRAQ从甘蓝型油菜叶片中共鉴定到5069个蛋白，突变体cde1和相应野生型中蛋白含量有显著差异的共443个，其中包括228个上调蛋白，215个下调蛋白。②对一些重要的差异累积蛋白进行荧光定量PCR(qRT-PCR)分析，结果表明大部分的差异累积蛋白的转录水平和蛋白水平表达趋势一致。
　　差异累积蛋白与光合作用、叶绿素代谢、卟啉、次生代谢产物的生物合成、碳固定、剪接、mRNA监测和RNA降解等代谢通路有关。研究表明，叶绿素缺失突变体cde1中叶绿素含量减少、光合作用能力下降以及脂质过氧化水平增加，可能是由于叶绿素生物合成酶活性降低、光合作用蛋白减少，碳固定效率受损，氧化还原平衡受到干扰导致。此外，突变体cde1中与DNA、RNA、组蛋白甲基化、甲基化依赖性染色质沉默相关的蛋白均上调表达，表明表观遗传可能参与cde1的基因表达调控。
　　2)生理学结果:为研究叶绿素缺失突变体cde1和相应野生型的生理差异，本研究测定了光合速率、叶绿素含量、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性、硫氧还蛋白还原酶(TrxR)活性以及丙二醛(MDA)含量。结果表明:①突变体cde1中净光合速率下降了13.4％，气孔导度、胞间CO2浓度显著增加，表明叶绿素缺失突变体光合作用减弱。②突变体cde1的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的含量显著低于野生型。③突变体cde1中APX活性、TrxR含量显著低于野生型，暗示突变体cde1中氧化还原平衡受损，活性氧增加，这可能是导致光合代谢异常的原因之一。④突变体cde1中MDA含量显著高于野生型，MDA含量是反映细胞膜脂过氧化的指标，突变体cde1中膜脂过氧化程度明显高于野生型，暗示其细胞受到氧化损伤。

目录

声明

摘要

缩略语表

第一章 文献综述

1．1 叶绿素缺失突变体类型

1．2 叶绿素缺失的相关研究

1．2．1 叶绿素生物合成

1．2．2 叶绿体蛋白合成或输入

1．2．3 血红素反馈抑制

1．2．4 细胞核、叶绿体信号转导

1．2．5 光氧化平衡

1．3 叶绿素缺失突变体研究进展

1．3．1 细胞学研究

1．3．2 遗传学研究

1．3．3 蛋白质组学研究

1．3．3 生理学研究

1．4．1 蛋白质组学的概念

1．4．2 蛋白质组学研究方法

1．5 本研究的目的和意义

第二章 甘蓝型油菜叶绿素缺失突变体的蛋白质组学比较

2．1 材料和试剂

2．2．1 实验流程

2．2．2 蛋白质提取

2．2．3 蛋白质定量

2．2．4 iTRAQ分析

2．2．5 生物信息学分析

2．2．6 RNA提取及逆转录合成cDNA

2．2．7 实时荧光定量RT-PCR分析

2．3 结果与分析

2．3．1 iTRAQ定量鉴定

2．3．2 生物信息学分析

2．3．3 差异积累蛋白的转录水平表达分析

2．4 讨论

第三章 甘蓝型油菜叶绿素缺失突变体的生理学比较

3．1 材料和试剂

3．2 实验方法

3．2．1 形态学观察

3．2．2 色素测定

3．2．4 酶活性测定

3．3．1 突变体表型

3．3．2 色素含量

3．3．3 光合速率

3．3．4 酶活性结果

3．4 讨论

全文结论

本研究的创新点

参考文献

攻读硕士期间发表的文章

致谢