一氧化氮对棉花叶片衰老过程中抗氧化物酶及叶片蛋白质组的影响

论文摘要

为了研究短季棉早衰的机理及一氧化氮（NO）对短季棉叶片蛋白质组的影响,本试验选用2个早熟不早衰（中棉所16和辽4086）和1个早熟早衰（中棉所10）的短季棉品种作为试验材料,对大田条件下叶片衰老不同阶段的各种生理指标、抗氧化物酶活性及编码基因和室内条件下叶片衰老中NO对抗氧化物酶的作用进行了研究;同时利用非定量标记法分析了NO对棉花叶片蛋白质组的作用和影响。主要研究结果如下:自然条件下,35天是早衰和不早衰两种短季棉材料叶片衰老发生差异的一个关键时期。早衰材料中H2O2和MDA的含量高于不早衰材料;NO含量在衰老叶片中迅速降低,同时早衰材料中NO含量更低且下降的更快,NO可能是延缓叶片衰老的一个重要因素。早衰类型材料中AsA的含量低于不早衰材料,GSH含量在叶片的整个生育进程和不同材料之间都没有显著的差异,这暗示着叶片衰老过程中AsA在清除ROS方面比GSH发挥着更为重要的作用。不早衰材料中CAT的活性显著高于早衰材料,基因的表达量变化和酶活性一致。APX活性差异出现在35至50天之间,基因的表达量和酶活性的趋势相似。Mn-SOD在短季棉叶片衰老过程中没有明显的变化,Fe-SOD基因的相对表达量在三个材料中表现趋势相同且没有显著差异。eCu/Zn-SOD和cCu/Zn-SOD在清除ROS和延缓衰老方面比ChlCu/Zn-SOD发挥着更为重要的作用。总的POD活性随着叶片的衰老而迅速增加,POD可能并不清除H2O2而是起到产生H2O2的作用。室内条件下,外施SNP溶液后的植株,其NO含量在子叶的整个生育期都比对照组高且差异显著。在同一时期,处理组中CAT和APX的活性显著高于对照组,在生育后期表现的更为明显。外施SNP可显著降低参试品种POD的活性和相关基因的表达。外源NO对SOD的活性有先抑制后促进的作用。不同类型的SOD对NO的反应不同,Cu/Zn SOD的反应最敏感,其中又以cCu/Zn SOD基因的作用更为突出。NO通过调控植株体内一系列的CAT、APX、POD和SOD等氧化/抗氧化系统,延缓叶片的衰老进程。本试验首次利用非定量标记法分析不同浓度的NO对棉花叶片蛋白质组的影响,一共得到了121个差异表达蛋白,这些蛋白按照功能分为13类,已知定位的蛋白分布在叶绿体、高尔基体、细胞质和线粒体中。信号通路分析发现,NO广泛地参与细胞的各种生理活动,并且对光合作用、氧化磷酸化和蛋白质加工过程产生了明显的调控作用。高浓度的NO会对细胞产生毒害作用,并且这种毒害作用可能是通过抑制光合元件的表达、减弱ATP合成能力及引起蛋白质错误折叠和装配而产生的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 NO 的性质
• 1.2 NO 的产生和清除
• 1.2.1 一氧化氮合成酶与NO 的产生
• 1.2.2 硝酸还原酶与NO 的产生
• 1.2.3 其他酶与NO 的产生
• 1.2.4 NO 的清除
• 1.3. NO 的信号转导途径
• 1.3.1 NO 和蛋白质翻译后的修饰作用
• 2+的信号交叉'>1.3.2 NO 和 Ca²+的信号交叉
• 1.3.3 NO 和 MAPK 级联反应
• 1.4 NO 与 ROS 的信号交叉
• 1.5 NO 与衰老的关系
• 1.5.1 衰老的定义及其研究进展
• 1.5.2 短季棉衰老的研究进展
• 1.5.3 NO 在植物衰老中的作用
• 1.6 NO 的蛋白质组学研究进展
• 1.7 研究目的和意义
• 第二章 不同类型的短季棉叶片衰老中 NO 含量及相关指标变化
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设计
• 2.1.3 叶绿素含量的测定
• 2.1.4 MDA 含量测定
• 2.1.5 NO 含量测定
• 2.1.6 HO含量测定
• 2.1.7 数据处理与分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 不同材料的叶片衰老特征
• 2.2.2 不同材料中叶绿素含量在不同生育时期的变化
• 2.2.3 不同材料中NO 含量在不同生育时期的变化
• 2.2.4 不同材料中H202含量在不同生育时期的变化
• 2.2.5 不同材料中MDA 含量在不同生育时期的变化
• 2.3 讨论
• 第三章 短季棉叶片衰老过程中抗氧化剂和抗氧化物酶的变化
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验设计
• 3.1.3 CAT 活性的测定
• 3.1.4 SOD 活性的测定
• 3.1.5 POD 活性的测定
• 3.1.6 APX 活性的测定
• 3.1.7 AsA 含量的测定
• 3.1.8 谷胱甘肽含量的测定
• 3.1.9 总RNA 提取
• 3.1.10 cDNA 第一链合成
• 3.1.11 实时定量PCR 反应
• 3.1.12 数据处理与分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 RNA 的提取和ds cDNA 的合成
• 3.2.2 qRT-PCR 结果评价
• 3.2.3 叶片不同发育时期AsA 和GSH 的含量变化
• 3.2.4 叶片不同发育时期CAT 酶活性和基因的变化
• 3.2.5 叶片不同发育时期SOD 酶活性和基因的变化
• 3.2.6 叶片不同发育时期APX 酶活性和基因的变化
• 3.2.7 叶片不同发育时期POD 酶活性和基因的变化
• 3.3 讨论
• 第四章 子叶衰老过程中 NO 含量变化及其对抗氧化物酶的作用
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验设计
• 4.1.3 NO 测定
• 4.1.4 叶绿素含量测定
• 4.1.5 酶活性性测定
• 4.1.6 RNA 提取和实时定量 PCR（qRT-PCR）
• 4.1.7 数据处理与分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 子叶中不同处理条件下NO 和叶绿素含量的变化
• 4.2.2 不同处理条件下子叶发育进程的表型特征
• 4.2.3 子叶中CAT 的变化规律
• 4.2.4 子叶中APX 的变化规律
• 4.2.5 子叶中POD 的变化规律
• 4.2.6 子叶中SOD 的变化规律
• 4.3 讨论
• 第五章 Label-free 法分析 NO 对棉花叶片蛋白质组的作用
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验设计
• 5.1.3 蛋白质提取
• 5.1.4 蛋白质浓度检测
• 5.1.5 SDS 凝胶电泳
• 5.1.6 蛋白质的溶液酶切反应
• 5.1.7 Nano-UPLC-MSE 电喷雾串联质谱分析
• 5.1.8 SYNAPT HD 质谱仪分析
• 5.1.9 数据处理和蛋白鉴定
• 5.1.10 定量分析
• 5.2 结果和分析
• 5.2.1 NO 处理后植株的形态和生理变化
• 5.2.2 总蛋白质凝胶电泳图谱分析及浓度测定
• 5.2.3 数据评估
• 5.2.4 蛋白质的相对定量
• 5.2.5 蛋白质的分类
• 5.2.6 信号通路的分析
• 5.3 讨论
• 第六章 全文结论
• 6.1 全文结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简历