小麦对镉胁迫应答机理蛋白质组学的研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要随着现代工业化的发展和人类活动的增加，土壤重金属污染已成为农业生产过程中的一个严重威胁，它不仅造成农作物产量下降，且在农产品中的积累还会带来严重的食品安全问题。镉(Cd)是一种生物非必需元素，流动性大，易被植物吸收、积累而进入食物链。小麦是我国的重要粮食作物，深入了解小麦对重金属的应答机理，具有重要的理论和实践意义。以二维电泳、质谱为核心技术的蛋白质组学分析是功能基因组学研究中一种重要的手段，己在遗传学、生理学、病理学等多个领域得到了广泛的应用。本研究采用蛋白质组学研究手段结合生理指标测定

2、，以扬麦15(TriticumaestivumL．CV．Yangmai15)为材料，分离鉴定镉胁迫下差异表达的蛋白，构建了小麦镉胁迫响应蛋白表达谱，解析了小麦镉胁迫条件下生理响应与耐受机制。主要研究结果如下：1．以未添加CdCl2的营养液培养的小麦幼苗为对照，比较lO、100、2009MCd2+处理1周后，小麦生长和生理指标的差异。实验发现：镉(10—200l，tM)处理后，小麦幼苗的生长受抑制、叶绿素含量下降、过氧化氢和丙二醛积累量增)J13；抗氧化酶SOD、POD、CAT的酶活在低浓度镉处理时，表现出一定的上

3、升趋势，高浓度镉处理则抑制酶活性。2．对09M和1009M浓度Cd处理后小麦幼苗叶片的蛋白表达图谱进行差异分析，得到了43个在镉处理前后表现出1．5倍表达水平差异的蛋白质点。通过质谱分析和数据库检索，对其中的21个蛋白质点进行了鉴定；10个蛋白质点上调表达，11个蛋白质点下调表达。小麦对镉胁迫应答机理的蛋白质组学研究其中与光合作用相关的蛋白，如ribulose一1，5一bisphosphate、carboxylase／oxygenase、putativeoxygen—evolvingcomplexprecurso

4、r等表现出下调表达；而superoxidedismutate、ascorbateperoxidase等与氧化胁迫相关的蛋白则表现出上调表达。3．小麦幼苗根部蛋白表达图谱差异分析结果显示，镉处理后46个蛋白质点的表达丰度表现出1．5倍水平变化。通过质谱分析和数据库检索对其中的25个蛋白点进行了鉴定；19个蛋白质点上调表达，6个蛋白质点下调表达。S-adenosylmethioninesynthetase、glutathionetransferase及dehydroascorbatereductase等与含硫氨基酸代

5、谢、抗氧化胁迫相关的蛋白质点表现出上调表达。Tubulin、triosephosphateisomerase等蛋白表现出下调表达。4．结合生理生化指标测定结果、差异表达蛋白图谱和蛋白质功能的分析，阐述了小麦镉应答的可能分子机制：1)激活半胱氨酸、谷胱甘肽合成途径，进而螫合细胞中游离Cd2+并向液泡转运，实现区隔化解毒；2)诱导抗氧化相关酶的表达，通过谷胱甘肽／抗坏血酸循环消除镉诱导的氧化胁迫。关键词：小麦，镉胁迫，蛋白质组学，二维电泳，基质辅助激光吸附飞行时间质谱，肽指纹图谱江苏大学硕士学位论文ABSTRACTP

6、ollutionofsoilsbyheavymetalsisanever-growingproblemthroughouttheworld，andistheresultofhumanactivitiesaswellasgeochemicalweatheringofrocksandotherenvironmentalcausessuchasvolcaniceruptions，acidrainandcontinentaldusts．Plantseverywherearecontinuouslyexposedtomet

7、al-contaminatedsoils．Theuptakeofheavymetalsnotonlyconstrainscropyields，butCanalsobeamajorhazardtothehealthofhumans．Cadmium(Cd)isanon—essentialelementforvascularplantsandeasilytakenupbyplantrootsandthentransferintothefoodchain．Wheatisthesecondmostimportantfood

8、cropafterriceinChinaandisalsoknowntobealeadingdietarysourceofCd．Proteomics，definedasthelarge—scaleanalysisofproteinsbythegenome，isnotonlyapowerfulmoleculartoolfordescribingcompleteproteom