高温胁迫条件下杂交狗牙根叶片和根系中代谢产物积累及抗热相关蛋白分析

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shidai19860115
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杂交狗牙根(Cynodon transvaalensis× Cynodon dactylon)为禾本科狗牙根属多年生草本植物,是重要的庭院及运动场草坪草种。高温是影响植物生长发育的最重要的非生物胁迫之一。随着全球气温升高,高温胁迫对植物的影响已经成为植物逆境生理研究的重要问题。高温对植物地上部分和地下部分生长的影响不同,而关于高温胁迫对植物地上部分和地下部分的影响以及与植物抗热性关系的研究,鲜有报导。本文以杂交狗牙根品种?Tifdwarf?为材料,采用代谢组学和蛋白质组学方法,研究了热激处理(1 d)、短时间的高温胁迫(6 d)和长时间的高温胁迫(24 d)对杂交狗牙根叶片和根系代谢产物积累以及特异蛋白表达的影响,并分析了其与杂交狗牙根抗热性的关系。相关研究结果如下:  (1)在前后两次试验中都发现,高温胁迫显著影响了杂交狗牙根的光合作用,导致叶绿素和类胡萝卜素降解、光化学效率下降。细胞膜过氧化导致膜流动性增强,电解质外渗,叶片和根系 EL值显著增加,而且长时间高温胁迫对叶片EL值的影响显著大于对根系EL值的影响。  (2)利用气相-色谱质谱的方法从杂交狗牙根叶片和根系中分别识别出141种和95种代谢产物。通过偏最小二乘判别分析,结合变异权重参数从叶片和根系中分别筛选出29种和17种杂交狗牙根高温相关代谢产物。1d的高温胁迫对根系中代谢产物积累的影响显著大于叶片。但随着高温胁迫时间的延长,在6 d和24 d的高温胁迫条件下,与根系相比,叶片中化合物的代谢更活跃。在高温处理24 d,?Tifdwarf?叶片中有123种代谢产物含量发生了显著变化,含量显著增加的化合物117种,显著下降的6种;根系中相对含量发生显著变化的化合物有61种,13种代谢产物的相对含量显著增加,48种代谢产物的相对含量显著下降。在长时间高温胁迫条件下,与根系相比,大量的代谢产物在叶片中积累,包括与TCA循环相关的有机酸、参与渗透调节和糖酵解的糖、参与信号传导和氨基酸代谢等多种功能的氨基酸以及参与过氧化保护的肌醇和腐胺等化合物,可能是狗牙根抗高温的重要原因。  (3)高温影响可溶性蛋白的积累。通过 SDS-PAGE分析,结合蛋白标准,从叶片和根系中分别推断出7种和5种蛋白,包括Hsp90、Hsp83、Hsp75、Hsp68和Hsp60,分子量49kDa的Rubisco酶大亚基。随着高温处理时间的延长,叶片和根系中的Hsp90、Hsp68表达上调,而在24 d的高温胁迫条件下,部分降解。高温胁迫对叶片中的Hsp75的表达量没有明显影响。根系中的Hsp75表现出与Hsp68一致的表达趋势。与根系相比,叶片中Hsp60的高表达和热稳定性以及Hsp83的特异性表达,可能在?Tifdwarf?叶片的抗高温性方面发挥了重要作用。49kDa的Rubisco酶大亚基在1 d和6 d的热胁迫条件下,持续高表达,在24 d时仅有部分降解。这可能是杂交狗牙根品种?Tifdwarf?抗高温的一个重要原因。
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