不同山黧豆品系生理生化及蛋白表达谱的比较研究

论文摘要

山黧豆具有许多优良的生物以及农学性状,对环境具有广泛的适应性,一般认为山黧豆中所含的神经毒素ODAP是引起人或动物神经中毒的主要原因,但山黧豆的高营养价值和对环境的广泛适应性是其禁而不绝的主要原因。本研究将不同山黧豆品系的田间生物学性状、毒素含量、抗逆生理生化、蛋白表达谱联合起来进行分析研究,这将为山黧豆种质资源的研究和开发利用提供新的思路,并可为在不影响其抗逆性的同时培育低毒和无毒的山黧豆品系提供重要的参考。主要研究结果概括如下:1通过在生物园中引种30个山黧豆品系,对其毒素含量和花、种子等生殖器官的形态特征的比较分析发现,1)毒素β-ODAP的含量极其不稳定,同一品种在不同年份毒素含量有明显差异,甚至在播种前后也不尽相同,其中8#永寿山黧豆毒素含量最高,6#扁荚山黧豆和9#肉色扁荚山黧豆最低;2)6#、7#阿麻山黧豆、9#的花及种子的形态特征与其他品系差别很大,尤其6#和9#两个品系的抗涝能力明显较弱。2通过对高（8#）、中（7#）、低（9#）毒三个有代表性的品系进行生理生化的研究,结果发现,1)可溶性糖和脯氨酸等小分子渗透物质、SOD和POD等抗氧化酶类在盆栽10d的幼苗中的基础含量均是8#最高,7#次之,9#最低;2)高毒品系8#的茎杆及主根明显粗壮,且侧根多而长,叶片较大,千粒重也明显较高。这表明毒素含量较高的7#和8#品系其抗逆性、产草量、产籽量均优于低毒品系9#。3分别利用SDS-PAGE和2-DE电泳对7#、8#、9#品系的蛋白表达情况进行了比较研究,并重点对2-DE表达谱进行了分析比较,差异分析结果显示,7#和8#、8#和9#、7#和9#两两间分别有21、41、36个差异表达的蛋白点。采用MALDI-TOF/TOF或LTQ（LC-MS-MS）技术对8#和9#品系间的8个有显著差异的蛋白点进行了质谱鉴定,并通过MASCOT、NCBI、SWISS-PROT等数据库对各差异蛋白的功能进行了研究。结果发现:1)低毒品系9#中消失的20kDa伴侣蛋白（20 kDa chaperonin,chloroplast precursor）主要在体内与cpn60家族协同作用,促进核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）大小亚基装配成活性的全酶,利于CO2的固定;下调的果糖1,6-二磷酸醛缩酶（Fructose-bisphosphate aldolase 2 FDA,chloroplast）主要与叶片淀粉的生物合成能力和蔗糖产量的提高有关,而下调的OSJNEb05K22 5,（Oryza sativa Japonica Group cDNA clone,mRNA sequence）编码蛋白与叶绿体前体、光系统Ⅰ反应中心的亚单位Ⅳ（PSI-E）具73%同源性。显然,这三个蛋白均与碳水化合物的形成有关,其表达量的下调或者消失与9#品系产草量和产籽量相对较低有密切关系。2)新生多肽相关复合体（Nascent polypeptide-associated complex NAC,UBA-like）和核糖核蛋白（ribonucleoprotein RNP）在8#和9#表现为位置的相对迁移,这可能与蛋白的翻译后修饰有关。NAC是一种辅助转录激活因子,具有多种功能,RNP主要在转录水平起作用,与许多细胞进程有关联。二者可能主要在基因的选择性表达过程中起作用,从而使得7#、8#、9#在毒素含量、抗逆性、产草量和产籽量上出现了很大差异。4利用PEG模拟自然干旱对高毒品系8#的耐旱生理机制及与毒素含量的关系进行了初步研究,从而获悉了山黧豆对干旱的部分适应性调节机理。同时了解到毒素含量受干旱的影响程度要远小于微量元素如Fe2+的影响,即毒素并非是山黧豆对抗逆境的一种手段。综合上述实验结果发现,较高毒素品系7#和8#与低毒品系9#的差异主要体现在毒素含量、抗逆性、产草量和产籽量上,所有这些差异都是差异性基因或基因选择性表达的结果。本研究仅初步探讨了毒素含量、抗逆性、作物产量和差异蛋白的关系,更详细的内在相关性还有待进一步研究。

论文目录

• 缩略词表
• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 一 山黧豆概述
• 1 山黧豆的品种资源
• 2 山黧豆的经济和生态价值
• 3 山黧豆的神经毒素
• 二 植物蛋白质组学的研究进展
• 1 蛋白质组学的概念和研究内容
• 2 当前蛋白质组学的主要研究技术
• 三 蛋白质组学在植物中的应用及发展趋势
• 1 蛋白质组学在植物中的应用
• 2 植物蛋白质组学的发展趋势
• 四 本研究拟解决的问题和研究意义
• 第二章 不同山黧豆品系生物学性状及生理生化的比较分析
• 一 材料与方法
• 1 种质资源的收集与田间栽培
• 2 HPLC法测定毒素β-ODAP的含量
• 3 田间生物学性状的观察和测定
• 4 不同山黧豆品系幼苗的生理生化指标的检测
• 二 结果与分析
• 1 不同品系山黧豆毒素β-ODAP含量的比较
• 2 不同山黧豆品系生物学性状的比较
• 3 不同山黧豆品系幼苗生理生化指标的比较
• 三 讨论
• 第三章 不同山黧豆品系叶片全蛋白的表达分析
• 一 材料与方法
• 1 材料及培养条件
• 2 TCA-丙酮沉淀法制备蛋白样品
• 3 蛋白质定量
• 4 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
• 5 双向电泳（2-DE）
• 6 质谱鉴定差异表达蛋白
• 二 结果
• 1 不同山黧豆品系SDS-PAGE差异条带的比较
• 2 不同山黧豆品系2-DE表达图谱的比较
• 3 八个差异表达蛋白的结构及功能信息
• 三 讨论
• 第四章 山黧豆对干旱胁迫的生理响应及其与毒素含量关系的研究
• 一 材料和方法
• 1 实验材料及培养条件
• 2 生理生化指标的的测定
• 3 数据分析
• 二 结果和分析
• 1 干旱胁迫后山黧豆幼苗的生长状况
• 2 干旱胁迫对山黧豆幼苗脯氨酸含量的影响
• 3 干旱胁迫对山黧豆幼苗电解质渗漏的影响
• 4 干旱胁迫对山黧豆幼苗光合特性的影响
• 5 干旱胁迫下各生理指标的相关性分析
• 6 干旱胁迫对山黧豆毒素β-ODAP含量的影响
• 三 讨论
• 小结
• 参考文献
• 图版
• 致谢
• 读研期间文章发表情况