本文選題：低pH脅迫　切入點：Al脅迫　出處：《吉林大學》2017年博士論文

【摘要】：土壤酸化被認為是植物生長的重要限制因子。全世界40%以上的土壤屬于酸性土壤。低p H和鋁(Al)毒害被認為是酸性土壤中兩個主要的障礙因子,二者對植物的毒害特征均是抑制根的伸長。但是,植物響應低p H和Al脅迫的過程中,是否存在相同或不同的生理生化、分子生物學機制,目前尚不清楚。本研究采用Tandem Mass Tag(TMT)技術(shù)對低p H和Al分別處理的蛋白質(zhì)組進行定量比較,篩選、鑒定低p H及Al響應蛋白,并對兩者之間的脅迫響應蛋白進行分析;本實驗又同時通過克隆和轉(zhuǎn)化的方法,將擬南芥基因組中部分轉(zhuǎn)錄因子和泛素化連接酶基因在擬南芥中過表達,檢測編碼蛋白在轉(zhuǎn)基因擬南芥中的表達是否受Al誘導;最后,對At2G39100(L4975)基因進行了功能驗證。主要研究結(jié)果如下。1.低p H和Al脅迫下擬南芥根蛋白質(zhì)組比較分析利用TMT蛋白質(zhì)組學方法比較低p H和Al脅迫的擬南芥根蛋白質(zhì)組。處理24 h后,鑒定到345個低p H脅迫響應蛋白,其中231個上調(diào),114個下調(diào),鑒定到509個Al脅迫響應蛋白,其中382個上調(diào),127個下調(diào)。同時響應低p H和Al脅迫的蛋白有196個。單獨響應低p H脅迫的蛋白有149個,單獨響應Al脅迫的蛋白有313個。脅迫響應蛋白轉(zhuǎn)錄水平與蛋白水平表達趨勢分析表明,根中脅迫響應蛋白受轉(zhuǎn)錄后、翻譯及翻譯后機制的調(diào)控。生物信息學分析表明,低p H脅迫響應蛋白富集于58個KEGG代謝通路,Al脅迫響應蛋白富集于66個KEGG代謝通路。對低p H和Al脅迫響應蛋白的GO注釋及KEGG信號通路比較分析發(fā)現(xiàn),低p H和Al脅迫均可激活細胞內(nèi)的能量代謝、蛋白代謝、信號傳導途徑、抗氧化系統(tǒng)及DNA修復系統(tǒng)等途徑。Al脅迫后,細胞壁和細胞骨架相關(guān)蛋白的表達受到嚴重抑制,而低p H脅迫后細胞壁和細胞骨架蛋白量變化相對較小。蛋白質(zhì)激酶和磷酸酶是Al脅迫途徑中的主要信號分子,而低p H脅迫后幾乎沒有激酶和磷酸酶的響應,說明蛋白激酶/磷酸酶可能不是擬南芥響應低p H脅迫的主要信號分子。綜上,我們對低p H和Al脅迫之間的分子水平調(diào)控網(wǎng)絡有了初步認識,且發(fā)現(xiàn)了其調(diào)控的相關(guān)性以及獨立性。2.部分轉(zhuǎn)錄因子和E3泛素連接酶基因的克隆轉(zhuǎn)化及驗證通過In-fusion技術(shù),從擬南芥Columbia 4(Col 4)中克隆到60個轉(zhuǎn)錄因子和40個泛素連接酶基因,并將其構(gòu)建到植物表達載體p EGAD-LUC,轉(zhuǎn)化到農(nóng)桿菌AGL0,利用農(nóng)桿菌介導的蘸花浸染方法轉(zhuǎn)化擬南芥Col 4,并通過Basta抗性篩選、LUC標簽檢測和基因組鑒定得到T3代轉(zhuǎn)基因陽性苗152株。3.轉(zhuǎn)基因擬南芥中Al響應蛋白的篩選及表型分析25μM Al處理327個轉(zhuǎn)錄因子蛋白和420個泛素連接酶蛋白對應的轉(zhuǎn)基因材料,通過Luminometer儀檢測12 h內(nèi)蛋白的表達量。其中,14個轉(zhuǎn)錄因子蛋白的相對表達倍數(shù)≥1.5,且P值≤0.01,其中,6個相對表達量升高,8個相對表達量降低。泛素連接酶蛋白中,共有18個蛋白的相對表達倍數(shù)≥1.5并且P值≤0.01,14個相對表達量升高,4個相對表達量降低。利用western blot方法驗證的Al響應蛋白變化趨勢與Luminometer儀檢測到的蛋白變化趨勢一致。Al脅迫下,篩選得到3個表型發(fā)生明顯變化的轉(zhuǎn)基因擬南芥。泛素連接酶At2G39100(L4975)和b HLH家族轉(zhuǎn)錄因子AT1G06170(L2853)對應轉(zhuǎn)基因擬南芥的相對根伸長明顯比野生型長,而At5G05910(L0945)RING型泛素連接酶對應轉(zhuǎn)基因擬南芥相對根伸長比野生型短。分析表明,L4975蛋白可能通過參與修復因Al毒害而損傷的DNA、L2853蛋白則可能是通過降低胼胝質(zhì)在根尖的積累,來提高轉(zhuǎn)基因擬南芥對Al的抗性。4.E3泛素連接酶At ATRF1基因的功能分析At ATRF1(L4975)是擬南芥中的一個RING finger型E3泛素連接酶,包含6個外顯子和5個內(nèi)含子,CDS全長891 bp,編碼一個含有296個氨基酸的蛋白,RING finger結(jié)構(gòu)域位于蛋白的N端。At ATRF1蛋白定位在細胞核中,且At ATRF1在轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平的表達均受Al誘導。At ATRF1在擬南芥中過表達后提高了擬南芥的耐Al性。已知耐Al基因ALMT1、MATE、STOP1、STOP2、STAR1、ALS1、ALS3和ALT2在At ATRF1轉(zhuǎn)基因擬南芥中的表達沒有受到影響,而ATR在At ATRF1轉(zhuǎn)基因擬南芥中的表達比野生型擬南芥中的低。據(jù)此推測,At ATRF1轉(zhuǎn)基因擬南芥可能通過At ATRF1直接或間接地與At ATR相互作用來提高其耐Al性。綜上所述,通過本研究,使我們對低p H和Al脅迫之間的分子水平調(diào)控網(wǎng)絡有了初步認識,且發(fā)現(xiàn)了其調(diào)控的相關(guān)性以及獨立性。篩選得到多個Al脅迫響應蛋白。RING型泛素連接酶基因At2G39100、At5G05910及b HLH家族轉(zhuǎn)錄因子基因AT1G06170的轉(zhuǎn)基因擬南芥表型發(fā)生明顯變化。其中,RING型泛素連接酶At ATRF1(At2G39100)可通過直接或間接地與At ATR相互作用提高擬南芥的耐Al性。
[Abstract]:The effects of low p H and Al stress on protein expression in Arabidopsis thaliana were studied . 浠庢嫙鍗楄姤Columbia 4(Col 4)涓厠闅嗗埌60涓漿褰曞洜瀛愬拰40涓硾绱犺繛鎺ラ叾鍩哄洜,騫跺皢鍏舵瀯寤哄埌妞嶇墿琛ㄨ揪杞戒綋p EGAD-LUC,杞寲鍒板啘鏉嗚弻AGL0,鍒╃敤鍐滄潌鑿屼粙瀵肩殑铇歌姳嫻告煋鏂規(guī)硶杞寲鎷熷崡鑺ol 4,騫墮，

本文編號：1717992