過(guò)量表達(dá)小麥泛素基因改善煙草高溫脅迫耐性的生理機(jī)制研究.pdf

1、生物細(xì)胞在其生命周期中會(huì)不斷的合成新的功能性蛋白，與此同時(shí)，無(wú)功能或錯(cuò)誤折疊的蛋白也需要被及時(shí)的降解清除。無(wú)功能或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的及時(shí)清除與功能蛋白質(zhì)的合成都對(duì)植物正常的生理代謝及生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)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(jìn)行選擇性標(biāo)記，進(jìn)而被標(biāo)記的目標(biāo)蛋白會(huì)被26S蛋

2、白酶體識(shí)別并降解。逆境脅迫條件下，生物細(xì)胞內(nèi)無(wú)功能蛋白質(zhì)的積累增多，及時(shí)清除無(wú)功能或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)成為生物適應(yīng)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(dá)顯著增加，短命調(diào)節(jié)蛋白降解速率加快，間接說(shuō)明泛素系統(tǒng)在生物逆境適應(yīng)中具有重要作用。
　　 本實(shí)驗(yàn)室以前克隆了小麥泛素單體基因TαUB2，構(gòu)建了正義表達(dá)載體，轉(zhuǎn)化煙草獲得了過(guò)量表達(dá)泛素基因的轉(zhuǎn)基因株系多個(gè)。本實(shí)驗(yàn)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(duì)轉(zhuǎn)基因煙草的高溫脅迫抗性進(jìn)行研究，從光合作用與抗氧化能力方面，分析了過(guò)量表達(dá)泛素基因改善煙草高溫脅迫抗性的生理生化機(jī)制。主要研究結(jié)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(méi)有顯著差異。相對(duì)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(jié)合態(tài)泛素的積累量顯著升高。結(jié)果暗示高溫引起無(wú)功能蛋白質(zhì)水平提高，而轉(zhuǎn)基因煙

4、草清除無(wú)功能蛋白質(zhì)的能力較強(qiáng)。
　　 (2)高溫脅迫導(dǎo)致種子萌發(fā)率顯著下降。相對(duì)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(duì)較高的萌發(fā)率。
　　 (3)高溫脅迫導(dǎo)致植物光合機(jī)構(gòu)受損。隨著高溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，泛素轉(zhuǎn)基因煙草及野生型煙草的PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(φPSⅡ)出現(xiàn)先下降后慢慢恢復(fù)的趨勢(shì)。相對(duì)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(fù)速度較快。這表明高

5、溫脅迫條件下，過(guò)量表達(dá)Tα-Ub2有效的保護(hù)了PSⅡ的活性，從而維持相對(duì)較高的光合能力。
　　 (4)高溫脅迫條件下，過(guò)量表達(dá)泛素有效減輕了類囊體膜蛋白的損傷，特別是對(duì)于D1蛋白的保護(hù)。
　　 (5)高溫脅迫破壞細(xì)胞膜的穩(wěn)定性及完整性，從而導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量及膜透性增加。過(guò)量表達(dá)泛素基因的轉(zhuǎn)基因株系細(xì)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(duì)較低。表明過(guò)量表達(dá)的泛素有效保護(hù)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(xì)胞內(nèi)的主要抗氧化酶(SOD，CAT，POD，APX)的活性相對(duì)較高，超氧陰離子自由基(O2-)生成速率較低和過(guò)氧化氫(H2O2)積累相對(duì)少。這可能是轉(zhuǎn)基因煙草抗氧化能力強(qiáng)的重要原因之一。
　　 (7)通過(guò)羰基化蛋白免疫印跡雜交分析發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫導(dǎo)致煙草葉片細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)羰基化程度提高，過(guò)量表達(dá)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(guò)量表達(dá)泛素基因減輕了高溫