鎘脅迫下秋茄(Kandelia candel)根系蛋白質(zhì)組變化及差異表達蛋白功能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展以及人類活動的不斷增加,重金屬對環(huán)境的污染已經(jīng)成為了一個重大的風(fēng)險問題。鎘(Cd)是相對稀有的重金屬元素,人類活動可使鎘以各種途徑進入土壤、水體污染。紅樹林是生長于熱帶和亞熱帶海岸和河口潮間帶的木本植物群落,是陸地向海洋過度的特殊生態(tài)系；具有過濾陸地徑流和內(nèi)陸帶出的有機物質(zhì)和其他污染物的生態(tài)功能,對海灣河口區(qū)域的污染具有較高承載力和耐受性。秋茄是東南沿海,特別是福建等省份紅樹林的常見種,研究其對重金屬鎘的耐性機制具有重

2、要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。本研究采用蛋白質(zhì)組學(xué)研究手段結(jié)合生理指標(biāo)測定,以秋茄(Kandelia candel)為材料,分離鑒定鎘脅迫脅迫下差異表達的蛋白,構(gòu)建了秋茄根系鎘脅迫響應(yīng)蛋白譜,解析了秋茄根系鎘脅迫條件下生理響應(yīng)與耐受機制。獲得了以下研究結(jié)果:
　　 1.以未添加CdCl2的營養(yǎng)液培養(yǎng)的秋茄為對照,比較100、200、400、800μMCd2+處理72h后,秋茄根系的過氧化氫、丙二醛、抗氧化酶系(SOD、POD、CAT

3、、APX、GR等)、抗氧化劑AsA和GSH以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸等物質(zhì)與對照組的差異。試驗發(fā)現(xiàn):鎘脅迫(100-400μM)提高了SOD、POD、APX、GR和CAT等抗氧化酶活性、抗氧化劑ASA和GSH含量以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸的含量,提高了秋茄根部的抗氧化能力,在一定程度上緩解了重金屬脅迫對秋茄幼苗造成的傷害。但是,隨著重金屬脅迫濃度的增加(800μM),超過秋茄所能忍受的極限時,作為防御體系的抗氧化物也相應(yīng)減弱。
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4、.通過比較不同提取方法、等電聚焦參數(shù)和上樣量的雙向電泳圖譜差異,優(yōu)化了秋茄根系全蛋白質(zhì)雙向電泳的條件,建立了適合秋茄根系總蛋白質(zhì)的雙向電泳技術(shù)平臺。
　　 3.采用pH4-7、24cm的IPG膠條及12.5％SDS-PAGE分離鎘脅迫下秋茄根系蛋白,經(jīng)過Image-master軟件分析發(fā)現(xiàn)55個差異表達蛋白,經(jīng)過質(zhì)譜鑒定,確定了53個蛋白。通過NCBI等生物信息學(xué)公共數(shù)據(jù)庫,在深入分析了鎘響應(yīng)差異蛋白的分子功能和細胞內(nèi)定位的基礎(chǔ)

5、上,將這些差異蛋白分為蛋白質(zhì)代謝相關(guān)的蛋白(蛋白折疊,蛋白質(zhì)合成,蛋白降解)、氨基酸轉(zhuǎn)運及代謝相關(guān)的蛋白、能量與物質(zhì)代謝相關(guān)的蛋白、解毒與抗氧化相關(guān)的蛋白、參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白,以及未分類、未知功能的蛋白等6個大類。
　　 4.結(jié)合蛋白質(zhì)的功能、代謝途徑和生理指標(biāo)測定結(jié)果,闡述了鎘脅迫引起的秋茄幼苗生理生化響應(yīng)。植物在鎘脅迫環(huán)境下,體內(nèi)氧化還原平衡被打破,氧自由基大量產(chǎn)生,導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解,并引起氨基酸代謝發(fā)生變化。而為了抵御鎘脅迫

6、,鎘脅迫下根系中抗氧化蛋白及解毒蛋白的超量表達,通過相關(guān)酶體有效地清楚活性氧族分子,如過氧化氫、超氧陰離子等,進而緩解秋茄根系受到的氧化脅迫,保護細胞膜系統(tǒng)；同時,解毒蛋白及時降解和結(jié)合對細胞有毒性作用的次生產(chǎn)物,從而維持了細胞內(nèi)的正常生理環(huán)境。其次,鎘脅迫啟動了秋茄植物體內(nèi)的防御機制。秋茄根系及植株體通過表達抗逆相關(guān)蛋白,抵御逆境對細胞組分的損傷,并修復(fù)遭到破壞的機體平衡,如甲基化作用在鎘脅迫下得到加強。最后,通過信號網(wǎng)絡(luò)調(diào)控,如14