小麥組蛋白變體的克隆及小麥葉綠體蛋白組比較.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、鹽、旱等逆境脅迫是農作物減產的主要因素。研究作物耐逆機理、分離耐逆基因、培育耐逆作物新品種是應對逆境脅迫的有效途徑。植物非生物脅迫應答是由眾多基因組成的信號網(wǎng)絡在遺傳學和表觀遺傳學水平進行協(xié)同調控,系統(tǒng)改變葉綠體及其他細胞器的生理活性而實現(xiàn)的。本實驗以小麥漸滲系耐鹽抗旱品種山融3號(SR3)及其親本普通小麥濟南177(JN177)為材料,一方面分析了表觀遺傳調控相關的組蛋白變體與小麥鹽脅迫應答的關系,另一方面進行了葉綠體蛋白質組分析,進

2、一步認識SR3的耐逆能力與葉綠體的關系。
   一、SR3和JN177組蛋白變體基因的克隆和耐逆功能分析
   組蛋白是一類進化上高度保守的蛋白,是構成核小體的主要成分。組蛋白變體是特殊狀態(tài)下染色體組裝所需的組蛋白類型,一般通過替換常規(guī)組蛋白導致染色體重塑進入核小體,能在表觀遺傳學水平調控基因的轉錄。本實驗室前期轉錄組分析發(fā)現(xiàn),一系列注釋為組蛋白變體的探針在鹽脅迫下表達發(fā)生明顯變化,而且部分探針的表達量在SR3和JN17

3、7間存在顯著差異,暗示組蛋白變體在植物耐逆應答過程中發(fā)揮重要作用。
   本實驗根據(jù)轉錄組結果,克隆了8個組蛋白變體基因,包括H2A變體TaH2A-1~4和TaH2A.Z-1、H3變體TaH3-1~2、H4變體TaH4-1。這些基因的cDNA和基因組序列在SR3和JN177間均分別相同,其中TaH2A-4和TaH3-2含有1個內含子。它們的氨基酸序列含有典型的α-螺旋結構和核定位信號,亞細胞定位分析顯示這些變體定位于細胞核。RT

4、-PCR分析發(fā)現(xiàn),這些基因均具有鹽脅迫響應表達特征,并且有些只在根中表達。
   為了驗證其生物學功能,我們將五個變體基因轉化到擬南芥,其中TaH2A-2、TaH2A-3和TaH2A.Z-1能正常表達。結果發(fā)現(xiàn),這些基因的過表達系和野生型在整個生長周期中均沒有明顯差異。在NaCl、H2O2、甘露醇和各種激素處理下,TaH2A-2和TaH2A.Z-1過表達株系與野生型的萌發(fā)率、植株葉片大小和根長均沒有顯著性差異。NaCl、NAA、

5、ACC、GA3處理下,TaH2A-3過表達株系與對照的萌發(fā)率、植株葉片大小和根長也沒有顯著性差異。但與野生型相比,TaH2A-3過表達株系的抗旱能力增強,抗氧化能力降低,甘露醇處理下側根數(shù)目減少,ABA處理下萌發(fā)延遲。這些結果顯示,不同組蛋白變體在抗逆中的作用存在顯著差異,而這種差異可能源于它們在染色體重塑中的作用機制差異,TaH2A-2和TaH2A.Z-1需要通過核小體組裝協(xié)同作用因子才能被招募到染色體上而TaH2A-3則不需要,或者

6、TaH2A-2和TaH2A.Z-1被招募到染色體上發(fā)揮與擬南芥同源蛋白相似的功能而TaH2A-3則發(fā)揮不一樣的功能。
   二、SR3和JN177葉綠體蛋白質組分析
   葉綠體是植物細胞中進行光合作用的場所,是植物進行自養(yǎng)生存的關鍵。實驗室前期蛋白質組學分析發(fā)現(xiàn),SR3的旺盛生長和抗性與葉綠體同化能力相關。為了進一步認識這一關系,本試驗開展了葉綠體蛋白組學分析。我們改進了小麥葉綠體提取方法,獲得了純度較高的葉綠體。通過

7、雙向電泳,得到了28個差異表達的蛋白點,其中正常條件下SR3和JN77間差異的18個(JN177中表達量高的8個,表達量低的10個),NaCl脅迫下兩者間差異的2個,正常和NaCl脅迫間差異的8個。經(jīng)MALDI-TOF質譜和MALDI-TOF-TOF質譜鑒定了21個差異蛋白點,主要包括光合作用相關蛋白、光合系統(tǒng)穩(wěn)定相關蛋白及蛋白質合成/轉運相關蛋白。其中,卡爾文循環(huán)中關鍵酶磷酸核酮糖激酶和核酮糖二磷酸羧化酶多個亞基的含量在SR3和JN1

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