水稻抗鎘脅迫響應(yīng)的差異蛋白組學(xué)研究.pdf

1、水稻是全球最重要的糧食作物之一，其重金屬污染問題已經(jīng)引起各國政府部門的高度重視。農(nóng)田重金屬污染不僅影響作物的生長和發(fā)育，降低產(chǎn)量與品質(zhì)，它經(jīng)作物吸收后通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人類健康產(chǎn)生巨大威脅。水稻對(duì)重金屬的吸收、積累以及抗性存在顯著的基因型差異。闡明水稻重金屬吸收、積累機(jī)理，對(duì)選育抗重金屬水稻品種、降低重金屬污染，實(shí)現(xiàn)在輕、中度重金屬污染土壤上生產(chǎn)出無污染的稻米，保障糧食安全、可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。 鎘位列聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提

2、出的12種具有全球性意義的危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)之首，也是嚴(yán)重污染我國稻米的重金屬之一。在前期研究的基礎(chǔ)上，本研究以抗鎘水稻品種PI312777和鎘敏感水稻品種IR24為材料，通過0μmol/L、50μmol/L和100μmol/L鎘濃度水培處理，應(yīng)用差異蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，研究了不同抗性水稻鎘脅迫下根系和葉片的蛋白質(zhì)差異表達(dá)，主要結(jié)果如下： (1)鎘脅迫下，在水稻葉片中共檢測到31個(gè)差異表達(dá)的蛋白質(zhì)。經(jīng)過MALDI-TOF-TOF-MS檢測

3、和數(shù)據(jù)庫檢索，其中有24個(gè)蛋白質(zhì)的功能得到鑒定，去掉其中4個(gè)重復(fù)蛋白質(zhì)，其它蛋白質(zhì)分別涉及光合作用、細(xì)胞防御及其它代謝等。 (2)鎘脅迫下，在水稻根系中共檢測到18個(gè)差異表達(dá)的蛋白質(zhì)。其中12個(gè)蛋白質(zhì)功能得到鑒定，它們分別參與了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞防御及其它代謝等。 (3)鎘脅迫下，抗鎘水稻品種PI312777和鎘敏感品種IR24葉片及根中差異蛋白表達(dá)模式存在著相似之處，具體表現(xiàn)在：在Cd2+脅迫下，兩個(gè)水稻品種葉片的光合速率

4、相關(guān)蛋白(如核酮糖二磷酸羧化酶大鏈)表達(dá)量在兩個(gè)水稻品種中均上調(diào)；干旱誘導(dǎo)蛋白、脫氫抗壞血酸還原酶以及6-磷酸山梨醇脫氫酶的表達(dá)量均高于對(duì)照，銅鋅超氧化物歧化酶的表達(dá)下調(diào)。在50μmol/L Cd2+處理下，水稻PI312777和IR24的3-磷酸甘油醛脫氫酶表達(dá)量無明顯變化，但在100μmol/L Cd2+處理下，其表達(dá)量均上調(diào)。兩個(gè)水稻根系的脅迫誘導(dǎo)蛋白在低濃度鎘處理下表達(dá)量均上調(diào)；蛋氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶、過氧化物酶和谷氨酰胺合成酶表達(dá)量

5、在不同鎘濃度處理下均發(fā)生了下調(diào)。 (4)鎘脅迫下，抗鎘水稻品種PI312777和鎘敏感品種IR24葉片及根中差異蛋白表達(dá)模式也表現(xiàn)一定的差異。鎘脅迫下，水稻PI312777中的PEP羧化酶表達(dá)量下調(diào)，在IR24中表達(dá)量上調(diào)；PI312777葉片中出現(xiàn)一種新的蛋白質(zhì)-DNA重組修復(fù)蛋白，在IR24葉片中無此蛋白；PI312777葉片的谷胱甘肽還原酶、蛋白酶體和熱激蛋白的表達(dá)量均高于對(duì)照，在IR24的表達(dá)量無顯著差異；水稻PI312

6、777葉片中的硫氧還蛋白表達(dá)量上調(diào)，而IR24中的表達(dá)量下調(diào)。 PI312777根中的谷氨酸脫氫酶在低濃度Cd2+處理(50μmol/L)下表達(dá)量不變，隨著Cd2+濃度的增加表達(dá)量下調(diào)，IR24谷氨酸脫氫酶的表達(dá)量在Cd2+處理下均下調(diào)；在低濃度Cd2+處理(50μmol/L)下，PI312777根中的S-腺苷甲硫氨酸合成酶的表達(dá)量上調(diào)，在高濃度鎘脅迫下蛋白表達(dá)量與對(duì)照無差異，IR24根中的S-腺苷甲硫氨酸合成酶的表達(dá)量在兩種