水稻响应盐胁迫和低温胁迫的蛋白质组研究

论文摘要

蛋白质组学研究在功能基因组时代发挥着越来越重要的作用。双向电泳是其关键技术之一。水稻（Oryza sativa L.）不仅是世界上最重要的粮食作物,也是单子叶植物的模式植物。我们改进和优化水稻蛋白的提取方法及电泳条件,得到了高分辨率和高重复性的双向电泳图谱。在根、叶、悬浮细胞的双向电泳图谱上分别检测到至少1150、1000、1050个蛋白点。重复样品图谱间的相关系数在0.87和0.94之间。盐胁迫是影响全世界作物产量的主要非生物胁迫之一,全世界约有20%的土地或50%的灌溉地受盐害的影响。三周大小的日本晴水稻幼苗（cv. Nipponbare）在150 mM的NaCl处理24、48、72 h后,根中有34个和20个蛋白点分别被上调和下调。质谱分析共鉴定出12个蛋白点,代表了10种不同的蛋白,其中3个点是同一个蛋白（烯醇化酶）。4个蛋白是已知的盐胁迫响应蛋白,另6个蛋白是新的盐胁迫响应蛋白,包括UDP葡萄糖焦磷酸化酶、根的谷氨酰胺合成酶、推测的新生肽结合蛋白复合物的α亚基、细胞色素C氧化酶6b-1亚基、推测的剪接因子类似蛋白、推测的肌动蛋白结合蛋白。这些蛋白参与了碳水化合物代谢、氮代谢、能量代谢、氧自由基的清除、mRNA和蛋白质的加工、细胞骨架的稳定。低温胁迫是另一种主要的非生物胁迫,影响很多重要粮食作物的产量和地理分布。三周大小的水稻幼苗在6℃处理6h或24h后,生长受到抑制,叶片卷曲,相对电导率升高,净光合速率下降。用双向电泳共检测到1000多个叶片可溶性蛋白,其中31个被下调,66个被上调。质谱分析共鉴定出85个差异表达蛋白,包括已知的和新的低温胁迫响应蛋白。多个蛋白在低温胁迫下被降解,尤其是光合机构蛋白,有19个蛋白点均被鉴定为Rubisco大亚基的降解片段。这些蛋白参与信号转导,RNA加工,蛋白质翻译、蛋白质加工,氧化还原平衡,光合作用,光呼吸,碳、氮、硫及能量代谢。用定量PCR分析了44个基因的表达情况,结果表明mRNA与蛋白质水平的变化并不一致。另外,我们用Pro-QDiamond染料共检测到41个下调的和26个上调的磷酸化蛋白。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一篇 文献综述
• 第一章 植物蛋白质组学及其研究方法
• 1 蛋白质组学产生的背景和相关概念
• 2 国内外蛋白质组学研究的现状
• 3 蛋白质组研究的技术路线及相关技术
• 3.1 基于胶的蛋白质组学
• 3.1.1 蛋白的提取
• 3.1.2 双向电泳
• 3.1.3 蛋白点的检测
• 3.1.4 图像分析
• 3.1.5 质谱技术
• 3.2 基于质谱的蛋白质组学
• 3.2.1 多维蛋白鉴定技术
• 3.2.2 同位素编码亲和标签技术
• 3.3 基于芯片的蛋白质组学
• 4 结束语
• 第二章 水稻蛋白质组学的研究进展
• 1 水稻表达蛋白质组学
• 1.1 水稻组织和器官中的蛋白质组研究
• 1.2 水稻亚细胞水平的蛋白质组研究
• 2 水稻功能蛋白质组学
• 2.1 水稻响应各种非生物胁迫的蛋白质组研究
• 2.2 水稻响应各种生物胁迫的蛋白质组研究
• 2.3 水稻对各种生长调节物质响应的蛋白质组研究
• 2.4 用蛋白质组学的方法研究基因的功能
• 2.5 其它方面的水稻蛋白质组研究
• 3 结束语
• 4 参考文献
• 第二篇 研究论文
• 第一章 水稻根、叶、悬浮细胞总蛋白的高分辨率双向电泳分析
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 水稻及悬浮细胞的培养
• 2.2 蛋白提取
• 2.3 双向电泳
• 2.4 染色
• 2.5 图象的扫描和分析
• 3 结果与分析
• 3.1 三种材料总蛋白的分离及其比较
• 3.2 三种材料总蛋白分离的重复性及其效果
• 4 讨论
• 4.1 蛋白样品的制备
• 4.2 电泳的条件
• 4.3 提高双向电泳检测蛋白范围的措施
• 5 参考文献
• 第二章 水稻响应盐胁迫的蛋白质组研究
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 材料与胁迫处理
• 2.2 蛋白提取
• 2.3 双向电泳
• 2.4 染色
• 2.5 胶的扫描和图象分析
• 2.6 胶内酶解
• 2.7 质谱鉴定及数据库检索
• 3 结果与分析
• 3.1 盐胁迫对水稻生长的影响
• 3.2 水稻根总蛋白的双向电泳分析
• 3.3 差异表达蛋白点的质谱鉴定
• 4 讨论
• 4.1 参与糖代谢和能量代谢的蛋白
• 4.2 参与氮代谢和硫代谢的蛋白
• 4.3 参与基因表达调节的蛋白
• 4.4 参与氧自由基清除的蛋白
• 4.5 参与细胞骨架稳定的蛋白
• 4.6 结论
• 5 参考文献
• 第三章 水稻响应低温胁迫的蛋白质组研究
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 材料与胁迫处理
• 2.2 相对电导率和光合作用的测定
• 2.3 蛋白提取
• 2.4 双向电泳
• 2.5 染色
• 2.6 胶的扫描和图象分析
• 2.7 胶内酶解、质谱鉴定及数据库检索
• 2.8 免疫印迹
• 2.9 RNA提取和荧光定量PCR
• 3 结果与分析
• 3.1 低温胁迫对水稻的生理影响
• 3.2 水稻叶片总蛋白磷酸化蛋白的双向电泳分析
• 3.3 差异表达蛋白点的质谱鉴定
• 3.4 差异表达蛋白的荧光定量PCR分析
• 4 讨论
• 4.1 参与低温胁迫响应的调节性蛋白
• 4.2 参与低温胁迫响应的功能性蛋白
• 4.3 低温胁迫促进蛋白质的降解
• 4.4 低温胁迫对蛋白质磷酸化的影响
• 4.5 结论
• 5 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
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