過量表達小麥泛素基因改善煙草高溫脅迫耐性的生理機制研究.pdf

1、生物細胞在其生命周期中會不斷的合成新的功能性蛋白，與此同時，無功能或錯誤折疊的蛋白也需要被及時的降解清除。無功能或錯誤折疊蛋白質(zhì)的及時清除與功能蛋白質(zhì)的合成都對植物正常的生理代謝及生長發(fā)育進程起重要作用。泛素/26S蛋白酶體途徑(ubiquitin/26S proteasome pathway，UPP)是目前已知的最重要的、有高度選擇性的蛋白質(zhì)降解途徑。在此途徑中，泛素將需要被降解的蛋白質(zhì)進行選擇性標記，進而被標記的目標蛋白會被26S蛋

2、白酶體識別并降解。逆境脅迫條件下，生物細胞內(nèi)無功能蛋白質(zhì)的積累增多，及時清除無功能或錯誤折疊蛋白質(zhì)成為生物適應逆境的重要方式。已有研究表明，逆境條件下，泛素基因的表達顯著增加，短命調(diào)節(jié)蛋白降解速率加快，間接說明泛素系統(tǒng)在生物逆境適應中具有重要作用。
　　 本實驗室以前克隆了小麥泛素單體基因TαUB2，構建了正義表達載體，轉(zhuǎn)化煙草獲得了過量表達泛素基因的轉(zhuǎn)基因株系多個。本實驗以轉(zhuǎn)基因煙草(T2-2，T2-11，T2-13)及野生型

3、煙草(NC89)為材料，對轉(zhuǎn)基因煙草的高溫脅迫抗性進行研究，從光合作用與抗氧化能力方面，分析了過量表達泛素基因改善煙草高溫脅迫抗性的生理生化機制。主要研究結果如下：
　　 (1)泛素蛋白免疫印跡雜交表明，轉(zhuǎn)基因株系與野生型煙草植株的泛素單體蛋白水平在高溫脅迫處理前后沒有顯著差異。相對于野生型煙草，轉(zhuǎn)基因煙草植株泛素多聚體的積累在高溫脅迫處理后明顯減少，而結合態(tài)泛素的積累量顯著升高。結果暗示高溫引起無功能蛋白質(zhì)水平提高，而轉(zhuǎn)基因煙

4、草清除無功能蛋白質(zhì)的能力較強。
　　 (2)高溫脅迫導致種子萌發(fā)率顯著下降。相對于野生型煙草種子，高溫脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草種子維持相對較高的萌發(fā)率。
　　 (3)高溫脅迫導致植物光合機構受損。隨著高溫處理時間的延長，泛素轉(zhuǎn)基因煙草及野生型煙草的PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)、PSⅡ?qū)嶋H光化學效率(φPSⅡ)出現(xiàn)先下降后慢慢恢復的趨勢。相對于野生型煙草，轉(zhuǎn)基因煙草植株Fv/Fm、φPSⅡ下降速度緩慢，恢復速度較快。這表明高

5、溫脅迫條件下，過量表達Tα-Ub2有效的保護了PSⅡ的活性，從而維持相對較高的光合能力。
　　 (4)高溫脅迫條件下，過量表達泛素有效減輕了類囊體膜蛋白的損傷，特別是對于D1蛋白的保護。
　　 (5)高溫脅迫破壞細胞膜的穩(wěn)定性及完整性，從而導致膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量及膜透性增加。過量表達泛素基因的轉(zhuǎn)基因株系細胞膜受損程度較輕，表現(xiàn)為MDA含量及電解質(zhì)外滲量相對較低。表明過量表達的泛素有效保護了生物膜的穩(wěn)定性和

6、完整性。
　　 (6)高溫脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因煙草細胞內(nèi)的主要抗氧化酶(SOD，CAT，POD，APX)的活性相對較高，超氧陰離子自由基(O2-)生成速率較低和過氧化氫(H2O2)積累相對少。這可能是轉(zhuǎn)基因煙草抗氧化能力強的重要原因之一。
　　 (7)通過羰基化蛋白免疫印跡雜交分析發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫導致煙草葉片細胞內(nèi)蛋白質(zhì)羰基化程度提高，過量表達泛素基因的轉(zhuǎn)基因植株的蛋白質(zhì)羰基化程度比野生型較輕，表明過量表達泛素基因減輕了高溫