【摘 要】
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酸性土壤中的低pH环境和Al胁迫会对植物造成侵害,二者均会抑制根的伸长。植物耐低pH和Al胁迫机制已经是近年来的热点课题,但是相比对金属离子Al的研究,低pH对植物的影响还没有较深入的研究。本文从TMT标记的定量蛋白组和转录组学联合分析的角度研究拟南芥在低pH条件下的蛋白表达变化和基因表达变化,鉴定和筛选出低pH响应基因和蛋白,同时通过基因克隆和转化的方法将组学中发现的重要低pH相关基因与LUC串
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酸性土壤中的低pH环境和Al胁迫会对植物造成侵害,二者均会抑制根的伸长。植物耐低pH和Al胁迫机制已经是近年来的热点课题,但是相比对金属离子Al的研究,低pH对植物的影响还没有较深入的研究。本文从TMT标记的定量蛋白组和转录组学联合分析的角度研究拟南芥在低pH条件下的蛋白表达变化和基因表达变化,鉴定和筛选出低pH响应基因和蛋白,同时通过基因克隆和转化的方法将组学中发现的重要低pH相关基因与LUC串连转化拟南芥,观察拟南芥低pH相关表型,并对相关基因进行功能验证。重要研究结果如下:1.在蛋白组中,6 h处理组特有的差异蛋白有64个,24 h处理组特有的差异蛋白有94个,6 h和24 h处理组共同鉴定到差异蛋白只有12个。2.在转录组中,共获得差异表达转录本712个,包括上调基因224个,下调基因488个,上调表达基因多于下调表达基因。3.对蛋白组差异表达蛋白进行功能富集分析我们发现6 h低pH处理后差异蛋白主要富集在染色质的组装和拆卸、核小体组装和DNA重组过程通路。而24h处理后的差异蛋白富集在光合作用,能量合成和光电子传输通路。4.转录组差异表达基因主要富集在对有机氮化合物的响应、过氧化氢的反应、几丁质的反应、蛋白质折叠、蛋白质复合物低聚、细胞对氧气水平降低的反应、碳水化合物衍生物分解代谢过程和氨基糖分解代谢过程。5.实验处理组重复间的相关性趋近1,但转录组和蛋白组之间的相关性仅为0.05左右,表明蛋白组和转录组在24 h低pH处理下的变化相关性较低。6.转基因拟南芥根长表型的研究中,我们发现相比于野生型Col4,利用35S启动子(花椰菜花叶病毒启动子)过表达碳水化合物代谢相关基因GAPB(AT1G42970)、SBPASE(AT3G55800);激素响应相关基因SAUR58(AT1G43040)、GRP-3(AT2G05520);光合作用相关基因PSAG(AT1G55670)、光呼吸相关基因AGT(AT2G13360)的拟南芥根长显著变短。7.通过荧光素酶活性的测定,在低pH处理下35S::LUC-HFP108(AT3G63190)、35S::LUC-GRP3(AT2G05520)的转基因拟南芥的荧光素酶活性相比对照35S::LUC显著下降。8.低pH处理条件使拟南芥中叶绿素b(Cb)的含量显著升高,使Ca/Cb也存在显著差异,这表明低pH处理可以影响拟南芥叶绿素成分的比例。综上所述,通过拟南芥低pH处理条件下转录组学和蛋白质组学联合分析,我们筛选出重要的低pH响应蛋白和基因,对低pH胁迫的分析水平调控网络有了初步的认识,并对重要胁迫基因进行转基因验证及功能分析。
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