北移紅樹植物秋茄生理生態(tài)適應(yīng)機(jī)制及蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、目的：
　　 紅樹林(Mangrove)是一種熱帶、亞熱帶特有的海岸帶木本植物群落，具有重要的生態(tài)功能以及重大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)價(jià)值。浙江溫州是中國(guó)紅樹林人工引種的最北端，主要紅樹植物為秋茄（Kandelia obovata），溫度限制了紅樹林分布。當(dāng)前，針對(duì)浙江溫州地區(qū)紅樹林已有較多研究，但仍存在苗木存活率低、生長(zhǎng)緩慢等問題。當(dāng)前氣候變暖使紅樹林北移成為可能，但同時(shí)極端天氣特別是頻繁地極端低溫的增多，對(duì)紅樹植物進(jìn)一步的北移以及擴(kuò)展帶

2、來(lái)了嚴(yán)重的影響。因此，通過研究北移紅樹植物秋茄在夏季、冬季以及低溫脅迫下對(duì)環(huán)境的生理生化適應(yīng)機(jī)制、差異蛋白質(zhì)的表達(dá)情況，對(duì)了解北移紅樹植物秋茄生理生態(tài)適應(yīng)機(jī)理具有重要的理論意義，最終為我國(guó)高緯度移植紅樹植物秋茄引種、繁育等提供相關(guān)理論依據(jù)。
　　 方法：
　　 本研究主要通過利用植物生理學(xué)技術(shù)手段，結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，分析了在夏季、冬季不同樹齡秋茄以及低溫脅迫下秋茄幼苗的生理生化響應(yīng)機(jī)制，同時(shí)對(duì)其葉片蛋白進(jìn)行了差異蛋白質(zhì)

3、組的比較分析。
　　 結(jié)果：
　　 1.不同樹齡秋茄在夏季、冬季相關(guān)生理指標(biāo)的變化:
　　 (1)夏季秋茄葉綠素含量高于冬季，而秋茄葉片中丙二醛(MDA)、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性總糖、游離氨基酸含量、葉綠素a/葉綠素b(Chla/Chlb)值以及蛋白水解酶（內(nèi)肽酶、羧肽酶）活性均低于冬季;
　　 (2)不同樹齡秋茄可溶性總糖、可溶性蛋白、游離氨基酸含量及蛋白水解酶（內(nèi)肽酶、羧肽酶）活性在夏季、冬季均隨樹齡增

4、加而減少;
　　 (3)在夏季，葉綠素含量5年生、9年生顯著高于54年生秋茄，而葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性和MDA含量均隨樹齡增加而增加，過氧化物酶(POD)隨樹齡增加而減少;
　　 (4)在冬季，葉綠素、MDA含量隨樹齡增加而減少，而Chla/Chlb值和POD活性均隨樹齡增加而增加。此外，秋茄葉片SOD活性隨樹齡增加呈先降后升的趨勢(shì)。綜合以上分析，在夏季5年生、9年生秋茄生長(zhǎng)旺盛，而54年生秋茄代謝穩(wěn)定;在冬季

5、5年生、9年生秋茄的生理反應(yīng)對(duì)低溫較54年生秋茄敏感，但通過自身的代謝有效調(diào)節(jié)，仍能正常越冬。
　　 2.低溫脅迫下秋茄幼苗葉綠素含量顯著降低，但葉綠素a/葉綠素b值升高，有助于提高其光合效率。在低溫脅迫下，秋茄幼苗中清除活性氧起主要作用的酶為POD，低溫下其活性升高，MDA含量隨POD活性升高，其含量減少?？扇苄蕴亲鳛闈B透調(diào)節(jié)物質(zhì)，低溫脅迫下其含量增加，提高了秋茄幼苗抗寒力，同時(shí)表明低溫脅迫下秋茄幼苗光合產(chǎn)物運(yùn)轉(zhuǎn)減慢，低溫抑制

6、了糖類物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)了可溶性糖的累積?？扇苄缘鞍椎蜏孛{迫下含量增加，且隨時(shí)間延長(zhǎng)，含量持續(xù)增加，是否經(jīng)低溫誘導(dǎo)產(chǎn)生新的抗寒蛋白，需進(jìn)一步研究。蛋白水解酶（內(nèi)肽酶、羧肽酶）活性增高，促進(jìn)蛋白質(zhì)水解，產(chǎn)生更多的氨基酸，有助于秋茄幼苗更好的適應(yīng)逆境環(huán)境。
　　 3.對(duì)夏季、冬季不同樹齡秋茄葉片進(jìn)行差異蛋白組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，有132個(gè)蛋白豐度差異表達(dá)變化在2倍以上的蛋白點(diǎn):在冬季表達(dá)量上調(diào)的蛋白點(diǎn)有36個(gè)，下調(diào)的點(diǎn)有34個(gè);1個(gè)僅在冬季表

7、達(dá);冬季隨樹齡增加其表達(dá)量上調(diào)的點(diǎn)有4個(gè)，隨樹齡增加表達(dá)量下調(diào)的點(diǎn)5個(gè);冬季，老齡秋茄（54年生）與低齡秋茄（5年生、9年生）比較表達(dá)量上調(diào)的點(diǎn)有19個(gè)，下調(diào)的點(diǎn)31個(gè);夏季，隨樹齡增加表達(dá)量增高的蛋白點(diǎn)2個(gè)。從中挑選了42個(gè)相對(duì)表達(dá)豐度高的蛋白質(zhì)進(jìn)行了MALDI-TOF-MS質(zhì)譜分析，鑒定出36個(gè)蛋白，其中有23個(gè)陽(yáng)性結(jié)果，所鑒定的蛋白涉及到的功能主要有:
　　 (1)能量與物質(zhì)代謝相關(guān)蛋白，如cytochrome P4507

8、6C2-like（細(xì)胞色素P450酶系蛋白）、α-1，4葡聚糖磷酸化酶alpha-1，4 glucan phosphorylase L isozyme，chloroplastic/amyloplastic-like蛋白;
　　 (2)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)蛋白，如D-3-2類周期蛋白(Cyclin-D3-2)、成熟酶K、GTP結(jié)合蛋白;
　　 (3)光合作用相關(guān)蛋白，如核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亞基、植物光系統(tǒng)Ⅱ(PS

9、Ⅱ)外周33kDa蛋白;
　　 (4)防衛(wèi)相關(guān)蛋白，如抗病蛋白NBS resistance protein、aluminum-activatedmalate transporter2-like（鋁激活蘋果酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）;
　　 (5)其他蛋白，一些未知蛋白以及假定蛋白。
　　 4.低溫脅迫下秋茄幼苗葉片蛋白檢測(cè)到有514個(gè)差異蛋白點(diǎn)，其中:低溫脅迫下，表達(dá)量上調(diào)、下調(diào)的蛋白點(diǎn)數(shù)量分別為，48h組110、60個(gè)，96

10、h組66、60個(gè)，144h組96、55個(gè);3組處理中低溫脅迫下均表現(xiàn)為上調(diào)的點(diǎn)12個(gè)，下調(diào)的點(diǎn)16個(gè);隨脅迫時(shí)間增加表達(dá)量上調(diào)的點(diǎn)4個(gè)，下調(diào)的點(diǎn)4個(gè);只在處理組表達(dá)的點(diǎn)2個(gè)，只在對(duì)照組表達(dá)的點(diǎn)1個(gè);144h、96h組與48h組比較表達(dá)量上調(diào)的點(diǎn)8個(gè);144h組與48h、96h組處理組比較表達(dá)量上調(diào)的蛋白點(diǎn)2個(gè);只表現(xiàn)為144h組與96h組比較表達(dá)量上調(diào)的蛋白點(diǎn)18個(gè)。選取50個(gè)蛋白點(diǎn)進(jìn)行MALDI-TOF-MS質(zhì)譜分析，鑒定出31個(gè)蛋白

11、點(diǎn)，其中陽(yáng)性結(jié)果有21個(gè)，所鑒定的蛋白涉及到的功能:
　　 (1)能量與物質(zhì)代謝相關(guān)蛋白，如β-1，6-N-乙酰氨基葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶、推定的LOC495012蛋白、苯丙氨酸解氨酶、支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶;
　　 (2)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)蛋白，如Pentatricopeptide repeat-containing protein、KH-domain containing protein、富含亮氨酸重復(fù)序列型受體蛋白激酶、Argonau