菊屬野生種抗旱生理機理及抗旱蛋白質組學研究.pdf

1、菊花（Chrysanthemummorifolium）原產(chǎn)我國，是我國十大傳統(tǒng)名花和世界四大切花之一，具有很高的觀賞和經(jīng)濟價值。水資源匱乏引起的干旱脅迫已逐漸成為限制菊花生產(chǎn)以及園林綠化應用的主要因素之一。因此，開展菊花抗旱生理及蛋白質組學研究，對提高其抗旱性以及開展抗旱性育種研究具有重要意義。菊屬野生種質資源攜帶栽培種缺乏的某些抗逆基因，是抗性育種的重要基礎材料。本文以抗旱性具有顯著差異的菊屬兩個野生種（野路菊和菊花腦）為試材，比較了

2、兩者葉表結構差異，采用PEG模擬干旱脅迫的方法，研究干旱脅迫下兩者的干旱脅迫響應表型及多種生理代謝的變化;使用雙向電泳技術，研究了干旱脅迫下抗旱性野路菊葉片差異表達蛋白質組，對差異表達蛋白進行了質譜鑒定。主要研究結果如下:
　　1.以抗旱性較強的野路菊（C.japonense）和不抗旱的菊花腦（C.nankingense）為試材，比較了兩者葉片表皮毛和蠟質含量及成分的差異，研究了PEG模擬干旱脅迫下兩者的表觀形態(tài)、抗氧化酶類、滲透

3、調節(jié)物質、內源激素脫落酸含量和光合生理特性等代謝的變化。研究發(fā)現(xiàn):抗旱性較強的野路菊葉表具有較高的表皮毛密度，其表皮蠟質總量是菊花腦的6.6倍。表皮蠟質成分主要為脂肪醇、脂肪酸、酯類和烷烴四大類;菊花腦的蠟質組分有9種，而野路菊的蠟質組分有18種，含有多種特有的脂肪酸、脂肪醇類和酯類化合物。兩物種干旱脅迫后均出現(xiàn)葉片失水萎蔫下垂等癥狀，不抗旱的菊花腦的萎蔫癥狀出現(xiàn)的更早且更嚴重，全株葉片表現(xiàn)出邊緣卷曲、皺枯;干旱脅迫下，菊花腦的葉片相對

4、電導率、MDA含量高于野路菊，而野路菊葉片的相對含水量、脯氨酸和ABA的含量均高于菊花腦;兩者的抗氧化酶SOD、POD、CAT和APX活性均升高，但在干旱脅迫后期野路菊中SOD、CAT和APX活性顯著高于菊花腦;兩者的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、光系統(tǒng)II最大光合效率和葉綠素含量均下降，但在干旱脅迫后期野路菊中的上述指標均顯著高于菊花腦。研究結果表明:抗旱性較強的野路菊葉片具有發(fā)達的表皮毛和較高的表皮蠟質含量，有利于減少水分散失;能

5、夠快速大量累積ABA，積極響應干旱脅迫，誘導植株發(fā)生適應性調整;通過有效的滲透調節(jié)和抗氧化防御系統(tǒng)，降低水分虧缺造成的損傷，維持較高的光合能力和代謝活性。形態(tài)結構的適應性、內源激素ABA的迅速響應、較強的滲透調節(jié)能力以及抗氧化能力是野路菊抗旱的重要生理機制。
　　2.為了進一步了解菊屬野生種抗旱的分子機制，以抗旱性較強的野路菊為試材，采用雙向電泳技術，研究了脅迫6h葉片與對照的差異表達蛋白質組，并對差異表達蛋白進行了質譜鑒定。在對

6、照和處理樣品的考馬斯亮藍染色的凝膠電泳圖譜上分別檢測到506和547個點，經(jīng)過PDQuest軟件分析，找到37個兩倍以上差異的蛋白點，采用MALDI-TOF-TOF質譜鑒定，獲得了27個陽性結果，對應于26種不同的蛋白質，鑒定的蛋白按照其功能可分為7類，包括光合作用(27％)、能量代謝(15％)、蛋白質合成(11％)、逆境防御(8％)、核酸代謝(8％)、信號轉導(4％)和未分類的蛋白(27％)。根據(jù)菊花EST數(shù)據(jù)庫成功克隆了其中9種蛋白

7、質的基因片段，通過qRT-PCR檢測其基因的表達水平，驗證雙向電泳實驗結果，其中7個點基因與蛋白表達水平一致。鑒定到的蛋白有錳穩(wěn)定蛋白、苯丙氨酸解氨酶、谷胱甘肽硫轉移酶、Rubisco活化酶、逆轉座子蛋白等。對于進一步開展菊花的抗旱機制研究提供了新信息和新思路。綜上所述:在干旱脅迫下，野路菊積極調節(jié)相關抗逆基因的表達;提高抗氧化酶系統(tǒng)的活性以減輕傷害;保持相關光合酶類的活性以維持一定的光合作用;加強多條途徑的能量代謝，保障細胞內能量及物