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芦苇是禾本科多年生水生草本植物,其典型生境为淡水、含盐的沼泽或湖边,然而,芦苇可适应多种生境条件,并演化为对干旱、盐渍或低温等陆生胁迫环境有较强抗旱性的、具有基因型差异的不同生态型。我国河西走廊荒漠地区广泛分布有水生芦苇、盐生芦苇、盐渍-沙丘过渡带芦苇和沙丘芦苇4个不同生态型,这一长期稳定的自然变异生态型式研究植物适应逆境机制的理想材料体系。为了从分子水平上确证由生理生化及生态学方面综合研究结果推定的4个生态型的演化趋势,本研究首先采用ISSR及RAPD分子标记方法对四种不同生态型芦苇进行了遗传多样性分析,在此基础上,运用蛋白质组学技术并结合生物信息学方法,对不同生态型芦苇叶片全蛋白及叶绿体亚蛋白质组进行了对比分析,以期寻找参与芦苇植物适应逆境发生光合调节及与各自抗逆性相关的蛋白质分子成员,研究结果如下:1应用ISSR和RAPD分子标记技术对水生、盐渍、盐渍-沙丘过渡地带及沙丘生境的四种不同生态型芦苇进行了遗传多态性分析。分别从30条ISSR引物和45条RAPD引物中筛选出适合芦苇4种不同生态型分析的9条ISSR引物和13条RAPD引物用于分析,其中,9条ISSR引物共扩增出99条带,多态性位点数为51;多态性位点比率为51.5%;13条RAPD引物共扩增出195条带,多态性位点数为87;多态性位点比率为44.6%。两种分子标记的分析结果呈极显著正相关(r=0.845, P<0.05)。基于扩增位点数据库运用UPGMA进行聚类分析,建立样品间的亲缘关系树图。结果表明,在长期适应各自不同生境的不断演化中,芦苇四种生态型DNA分子发生了一定变异,表现出由水生芦苇经盐渍芦苇向沙丘芦苇逐渐演化的趋势。2通过优化组合植物蛋白质提取方法及与之匹配的蛋白质裂解液,采用改进的O’Farrel双向电泳系统,以自然生境野生芦苇叶片为材料,筛选出一种适合植物叶片蛋白质分析的双向电泳制样和分析系统:以饱和酚-醋酸铵/甲醇沉淀法提取叶片蛋白质样品,经裂解液裂解后按80ug上样,银染后获得背景清晰,蛋白分辨率较高的双向电泳图谱。该系统用于实验室培养植物材料和其他植物材料双向电泳分析,同样获得较好的电泳行为和分辨率。3应用双向电泳技术对4种不同生态型芦苇的叶片全蛋白进行分析,在4种芦苇中共找到102个表达差异显著的蛋白质点,对这些差异蛋白质点进行切割后经胰酶消化酶切后,运用MAIDI-TOF MS对酶解肽段进行解析,通过与蛋白质序列库比对分析后鉴定出25个蛋白质,其中包括在三种陆生型芦苇中表达丰度明显高于水生型芦苇的RuBisCO相关蛋白(14个),ATP酶β亚基(6个)、过氧化氢酶和GADPH,这些酶的表达显示出明显的与环境相适应的演化趋势。此外还有RuBisCO活化酶、具有降解达到快速周转的D1蛋白的功能的FtsH等。4利用percoll梯度离心提取水生芦苇和沙丘芦苇完整叶绿体,并对其叶绿体全蛋白进行双向电泳。在二者的双向电泳图谱上共找到119个差异蛋白,通过MAIDI-TOF MS解析,在MSDB数据库比对确定了10个蛋白。其中3个蛋白质点被鉴定为RuBisCO的大亚基,1个点被鉴定为RuBisCO小亚基;4个蛋白质点被鉴定为ATP酶亚基;此外,还包括参与液泡质子转移的(液泡)V型H+-ATP酶(V-H+-ATPase),作为分子伴侣、与多种细胞活性相关的ATP酶家族蛋白类似蛋白(AAA-ATPase-like)以及其它匹配率稍低的蛋白,如细胞色素P450单加氧酶,萜合成酶等。这些蛋白在沙芦中的表达丰度大都高于水芦,而且RuBisCO和ATPase亚基组分在叶绿体蛋白质组和叶片全蛋白质组的分析中表现出一致性,暗示这些蛋白分子与沙丘芦苇适应干旱环境直接相关。