低溫脅迫下甘蔗后期生理特性及差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、甘蔗（Saccharum officenarum L.）為禾本科甘蔗屬植物，屬于熱帶、亞熱帶作物，其光合效率高，光飽和點(diǎn)高，而二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)低，光呼吸率低，光合強(qiáng)度大，以蔗莖為收獲物，因此生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量高。但甘蔗對自然資源有一定的要求，特別是對溫度和水分。在我國，近年來氣候變化異常，極端低溫頻發(fā)，在甘蔗的生長后期常遭受自然低溫傷害，低溫使甘蔗生產(chǎn)和制糖工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展受嚴(yán)重影響，導(dǎo)致不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。本研究采用自然低溫從生理生化水平

2、對其品種的抗寒性進(jìn)行比較研究，探討各指標(biāo)與抗寒性的關(guān)系，運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法比較甘蔗在低溫脅迫下的蛋白質(zhì)表達(dá)情況，利用同源克隆等技術(shù)對一些抗寒基因進(jìn)行克隆和表達(dá)分析，所獲主要結(jié)果如下:
　　 1.在大田自然低溫條件下，以21個常規(guī)甘蔗品種作為材料，研究不同甘蔗品種在遭受長時(shí)間持續(xù)低溫時(shí)的形態(tài)和生理生化特性的變化，結(jié)果表明:在長時(shí)間自然低溫脅迫下，甘蔗葉片、生長點(diǎn)、側(cè)芽、蔗莖均受到不同程度傷害;甘蔗在自然降溫過程中，不同甘蔗品種的生

3、理指標(biāo)反應(yīng)程度各異，葉綠素受寒害后前期降解慢，后期降解逐漸加劇，可溶性糖含量因品種抗寒性不同而表現(xiàn)不一，可溶性蛋白質(zhì)在低溫持續(xù)時(shí)表現(xiàn)遲鈍，脯氨酸和丙二醛(MDA)含量在低溫中增加，但因品種抗寒性不同而積累量不同。選擇多個生理生化指標(biāo)，采用模糊隸屬函數(shù)法，將供試品種抗寒性劃分為高抗寒型、抗寒型和低抗寒型3級。
　　 2.利用雙向電泳技術(shù)，選取抗寒性差異大的2個品種桂糖28號和園林6號作為材料，研究低溫脅迫對甘蔗生長后期的莖尖蛋白質(zhì)

4、的差異表達(dá)情況。結(jié)果表明:經(jīng)PDQuest軟件對蛋白質(zhì)2-DE圖譜進(jìn)行分析，檢測到1000多個有效蛋白點(diǎn)，并找到蛋白質(zhì)豐度變化在2倍以上的蛋白點(diǎn)45個，部分蛋白點(diǎn)呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá)，而部分蛋白點(diǎn)呈現(xiàn)下調(diào)表達(dá)，因品種抗性不同而表現(xiàn)各異。推測甘蔗在低溫脅迫條件下，蛋白質(zhì)豐度呈動態(tài)性變化。
　　 3.運(yùn)用質(zhì)譜技術(shù)，研究了低溫脅迫對甘蔗生長后期莖尖中差異表達(dá)的45個蛋白質(zhì)點(diǎn)，進(jìn)行了質(zhì)譜鑒定和生物信息分析，結(jié)果表明:45個差異蛋白點(diǎn)經(jīng)質(zhì)譜鑒定后

5、，有35個蛋白點(diǎn)被成功鑒定。對所鑒定的蛋白質(zhì)根據(jù)功能分類分為7類。其中參與自由基清除的7個;參與光合作用3個;參與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)3個;參與蛋白加工5個;參與細(xì)胞生長和分裂2個;參與基礎(chǔ)代謝（包括糖代謝、氮代謝、碳代謝、能量代謝、次生代謝以及RNA加工等）11個;未知功能蛋白4個。甘蔗對低溫脅迫應(yīng)答機(jī)制是一個涉及多系統(tǒng)、多水平的綜合過程。
　　 4.采用RT-PCR和同源克隆技術(shù)，克隆獲得了甘蔗過氧化物酶基因（SoPOD1）、甘蔗2

6、0S蛋白酶體α亞基基因(So20S)、甘蔗α-微管蛋白基因（So TUA）以及5個甘蔗鈣調(diào)磷酸酶B類似蛋白家族基因（SoCBL1，SoCBL3，SoCBL5，SoCBL6和SoCBL9）的eDNA全長。利用qRT-PCR技術(shù)研究了上述基因在低溫脅迫下在不同抗性甘蔗品種中的的動態(tài)表達(dá)情況。在低溫脅迫下，兩個甘蔗品種SoPOD1基因表達(dá)先升高后降低，但抗寒強(qiáng)的GT28品種SoPOD1基因表達(dá)量上升速度要比不抗寒品種YL6快;So20基因的表

7、達(dá)在兩個甘蔗品種中的變化不一，在GT28中其變化趨勢為先升后降，在YL6中其變化趨勢為緩慢升高;SoTUA在兩個品種中的變化總體上趨勢一致，但在含量上，GT28中的表達(dá)量明顯要高于在YL6中的; SoCBL1和SoCBL9基因的表達(dá)水平在兩個品種中是基本一致;SoCBL3在抗寒的GT28品種中表達(dá)量出現(xiàn)明顯下降，在YL6品種則呈先上升后急劇下降趨勢;SoCBL5的表達(dá)水平在兩個品種總體出現(xiàn)下降趨勢，而SoCBL6基因在GT28和YL6品