菠菜(Spinacia oleracea L.)叶片叶绿体H2O2应答生理与蛋白质组学分析

摘要

各种环境胁迫引发的氧化胁迫是影响植物生长的主要原因之一。H2O2是一种活性氧分子（ROS），对植物细胞正常生理代谢有一定伤害，也是参与信号转导的重要调控分子。分析植物 H2O2应答过程的蛋白质氧化还原水平的动态变化，对于解析植物逆境应答过程ROS调控信号与代谢途径具有重要意义。 菠菜（Spinacia oleraceaL.）是苋科藜亚科菠菜属的常见的绿叶菜，也是研究植物叶绿体光合作用的良好模式植物。我国是菠菜生产和消费大国，研究菠菜逆境应答分子机制对于分子辅助育种十分重要。 我们利用生理学与氧化还原蛋白质组学的研究方法，分析了菠菜叶片叶绿体应答H2O2（0mM、5mM和10mM）胁迫（20min）过程的信号与代谢特征。我们将同位素标记相对与绝对定量（iTRAQ）技术与巯基特异性串联质量标签（iodoTMT）技术联用，检测到叶绿体中61种H2O2应答蛋白质的丰度变化，同时发现了25种H2O2应答蛋白质的氧化还原水平变化。这些蛋白质主要参与信号转导、光合作用、碳和能量代谢、胁迫防御，以及蛋白质周转等过程。这些蛋白质丰度与氧化还原模式的变化初步揭示了菠菜叶片叶绿体氧化胁迫应答的机制，主要包括：（1）通过减少对光能的捕获和吸收，抑制光合电子传递和卡尔文循环，降低光合速率；（2）通过调节光合作用蛋白质的氧化修饰水平，从而影响蛋白质构象，调节蛋白质功能，应对H2O2胁迫；（3）启动抗坏血酸-谷胱甘肽（ASA-GSH）循环中的还原型谷胱甘肽-氧化型谷胱甘肽（GSH-GSSG）途径来清除 ROS，降低氧化损伤；（4）增强糖酵解和三羧酸循环途径，保证能量供应；（5）部分基础代谢途径受到促进；（6）蛋白质翻译和加工存在多种调控模式，应对氧化胁迫对蛋白质造成的损伤。这些结果为我们深入研究菠菜叶片叶绿体氧化胁迫应答机制提供了重要信息。

目录

第1章 文献综述

1.1 引言

1.2 植物细胞中ROS的作用和相关信号通路

1.3 植物应答H2O2的研究进展

1.4 菠菜的研究进展

1.5 研究目的与意义

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料培养

2.2 菠菜叶绿体应答H2O2的生理学分析

2.3 菠菜叶绿体应答H2O2的蛋白质组学分析

第3章 结果

3.1 菠菜叶绿体应答H2O2的抗氧化酶分析

3.2 菠菜叶绿体应答H2O2的抗坏血酸与谷胱甘肽含量分析

3.3 菠菜叶绿体应答H2O2蛋白质组学分析

第4章 讨论

4.1 H2O2影响菠菜叶绿体的光合作用

4.2 H2O2影响菠菜叶绿体的能量和碳代谢过程

4.3 H2O2影响菠菜叶绿体ROS清除途径

4.4 H2O2影响菠菜叶绿体中蛋白质命运

第5章 结论

参考文献

附录

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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