萝卜高温胁迫响应蛋白组学分析与相关基因鉴定

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非生物胁迫包括极端温度,干旱,水涝以及重金属等严重威胁着农业生产,而高温作为一个破坏性的环境因子能够降低作物的产量和质量。萝卜(Raphanus sativus L.)是十字花科萝卜属重要的蔬菜作物。高温是萝卜夏季生产和供应的主要障碍,选育耐热性强的品种,是实现萝卜周年供应的重要途径。近年来,萝卜热胁迫后生理机制的研究已有报道,而热胁迫后分子机理的研究鲜有报道。本研究采用比较蛋白质组学的方法来分离热胁迫前后萝卜叶片和根不同差异表达的蛋白,对分离到的不同差异表达的蛋白进行MS鉴定,并对相应基因进行RNA水平上的表达特性分析,对分离到的相关热激蛋白基因进行克隆;通过mRNA差异显示技术,进行热胁迫下差异表达基因的分离鉴定,以期为有效地改善植物的耐逆性,培育耐热性的植物品种提供依据。主要试验的研究结果如下:对萝卜幼苗在人工气候箱中进行40℃高温处理,处理0h、12h和24h后,利用Tris-HCl/TCA-丙酮法和酚抽提法分别提取萝卜叶片和根的总蛋白,采用双向电泳的方法来分离这些蛋白,使用考马斯亮蓝染色使这些蛋白点可视化,利用MS质谱鉴定来进一步鉴定和分析这些不同差异表达的蛋白点。在萝卜叶片中,12个高度重复不同表达的蛋白点成功的进行了质谱鉴定,其中5个热激蛋白(HSP)(CPN10, HSP22,HSP17.4, HSP17.6Ⅱ, putHs42),4个能量代谢相关蛋白(FRK, THI,LGL,OEE2),2个氧化还原相关蛋白(L-APX)和1个信号转导相关蛋白(ANN)。应用半定量分析,对利用MS鉴定出的11个(L-APX, FRK, THil, LGL, ANN, HSP22, CPN10, HSP17.4, HSP17.6Ⅱ, putHs42, OEE2)不同表达蛋白点的相应基因进行了不同处理时间下(0h,1h,6h,12h,24h)mRNA水平上的表达特性分析,结果表明,L-APX, FRK, THi1, LGL, ANN, HSP22, CPN10, HSP17.6II和putHs42在处理0h、12h和24h后和蛋白水平的表达特性一致,而HSP17.4和OEE2至少在一个处理下与蛋白水平的表达特性不一致。对利用酚抽提法提取的萝卜根的总蛋白,利用双向电泳分离,考马斯亮蓝染色和MS质谱鉴定后,共有8个高度重复不同差异表达的蛋白点成功的进行了MS鉴定,其中2个热激蛋白(HSP70-2,HSP18.2),3个氧化还原相关蛋白(GST, PDIA),1个代谢相关蛋白(PGK),1个表达调控相关蛋白(Ras)和1个蛋白合成相关蛋白(MRT04)。应用半定量分析,对7个(HSP70-2, MRT04, PGK, GST, RAS, HSP18.2, PDI)不同表达的蛋白点的相应基因进行了不同处理时间下(0h,1h,6h,12h,18h,24h)mRNA水平上的表达特性分析,结果表明,HSP70-2、MRT04、PGK、GST、 RAS、HSP18.2和PDI在处理0h、12h和24h后蛋白水平和mRNA的表达特性一致,并且不同的蛋白点呈现出不同的表达水平。采用mRNA差异显示(DDRT-PCR)技术,成功克隆了萝卜在40℃高温处理不同时间后差异表达的26条差异片段,其中22条是与已知或推定功能基因高度同源的差异表达基因,如光合和呼吸相关基因、代谢相关基因、、胁迫响应相关基因、蛋白结合相关基因以及表达调控子基因等,结果表明高温胁迫下植物快速同时响应一系列不同过程的表达,并且很多生理过程都受到了影响。利用同源克隆法,对RsHSC70、RsHSP22和RsCPN10基因进行了克隆,分别得到了其基因组DNA和cDNA全长。RsHSC70基因全长2228bp,由1个内含子和2个外显子组成,包括1941bp的开放阅读框(ORF),编码646个氨基酸,相对分子量为70.8kDa,理论等电点为4.77。RsHSP22全长865bp,无内含子,包括594bp的ORF,编码197个氨基酸,相对分子量为22.4kDa,理论等电点为4.93。RsCPNIO基因全长1172bp,由4个内含子5个外显子组成,包括756bp的ORF,编码251个氨基酸,相对分子量为26.6kDa,理论等电点为9.45。应用半定量分析,对这3个基因在叶片中同一温度不同处理时间下的mRNA表达特性进行了分析,结果表明处理1h后,其表达量明显升高,说明这3个热激蛋白基因是受高温诱导的。
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