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水淹是限制多数植物生长和发育的重要限制因子。红树植物是生活在滨海湿地的一类对水淹具有较高耐性的木本植物。近年来,在对红树林湿地的围垦和鱼塘养殖的开发过程中经常会造成对红树植物的严重水淹,甚至是长时间、整株植物的被淹(特别是对幼苗)。然而,红树植物对这种长时间、全淹胁迫的响应仍有待研究。在本研究中,基于蛋白质组学技术,我们采用红树植物秋茄(Kandeliaobovata)幼苗为实验材料,来探究红树植物秋茄耐受长时间、全淹胁迫的生理响应和分子机制。主要研究结果如下: (1)秋茄幼苗持续全淹处理。全淹处理秋茄幼苗3天后,随着水淹天数的增加,秋茄叶片色素降解,净光合速率降低,叶片光合系统破坏,7天后植株几乎不能成活。根据所测秋茄叶片叶绿素含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b比率、光合作用相关指标,本实验选择全淹第4天为处理组,以下简写为4D-CS。 (2)生理数据表明,4D-CS处理可以破坏秋茄叶片细胞膜系统,导致活性氧物质(ROS)积累。4D-CS处理下,秋茄叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)活性和抗氧化小分子物质谷胱甘肽(GSH)和抗坏血酸(AsA)含量相对于对照组显著提高,而过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽S-转移酶(GST)三种抗氧化酶的活性明显降低。由此我们推断,SOD、AsA和GSH相对于其他一些抗氧化酶(POD,APX,GST)在响应4D-CS胁迫过程中可能起到更为重要的作用。 (3)运用双向电泳技术来研究4D-CS处理下秋茄叶片蛋白质组的变化,我们分别在秋茄叶片的对照组和4D-CS处理组的蛋白质图谱上获得500多个蛋白质点,经PDQust软件分析和MALDI-TOF/TOF-MS鉴定,分析得到表达量变化在2倍以上的差异蛋白质有46个,其中16个上调表达,30个下调表达。大多数差异表达的蛋白质亚细胞定位于叶绿体内,少数分布在线粒体、高尔基体、细胞核、细胞液、过氧化物酶体中。根据它们的生物学功能把这些差异表达蛋白质分为三大类,分别为光合作用和能量产生相关的蛋白质、物质代谢过程相关的蛋白质、氧化还原平衡和激素信号响应相关的蛋白质。 (4)参与光合作用和能量产生相关的蛋白质主要有核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)、Rubisco结合蛋白、二磷酸-果糖醛缩酶(FBP)、醛缩酶家族、NAD-脱氢酶、醌氧化还原酶、NADP-铁氧还蛋白还原酶(FNR)、放氧复合体蛋白2(OEE2)、ATP合成酶、ATP酶等。参与物质代谢过程相关的蛋白质主要有环化酶蛋白家族、谷氨酰胺合成酶(GS)、磷酸丙糖异构酶同工酶(TPI)、苹果酸脱氢酶(MDH)、ATP依赖的Clp蛋白水解酶亚基(ClpA)、驱动蛋白4、1-磷酸-L肌醇合酶(MIPS)、UDP-L-阿拉伯糖变位酶、20S蛋白水解酶β亚基D1等。与氧化还原平衡和激素信号相关的蛋白质有乳酸酰谷胱苷肽裂解酶、ABA-胁迫-成熟诱导蛋白(ASR)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、叶绿体内的32KD干旱诱导-胁迫-蛋白(CDSP32)、热激蛋白(HSPs)、NAD(P)结合的罗斯曼折叠超家族蛋白等。另外,还有一个重要的转录因子myc2 bHLH被鉴定了出来。 (5)在4D-CS处理下,多数与光合作用暗反应阶段相关的蛋白质表达量下调,造成秋茄幼苗叶片光合作用减弱。与此相反,与光合作用光反应阶段和光合磷酸化过程相关的蛋白质表达量多数上调,这可能是秋茄应对全淹胁迫的一种可能机制。 (6)在4D-CS处理下,我们发现与脱落酸(ABA)相关的一个重要蛋白质CDSP32和另一个重要转录因子myc2 bHLH表达量均下调。结合其他相关代谢相关蛋白质的表达量变化,因此我们认为秋茄可能通过ABA信号转导途径调控植株采取“逃离策略(Escape strategy)”以提高其水淹耐受性。