耐砷與砷敏感野生稻鑒定及其砷耐性差異的蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、水稻砷污染嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量、品質(zhì)及人類健康。提高水稻對砷的耐受性,減少對砷的吸收是解決水稻砷污染的有效途徑。研究發(fā)現(xiàn),不同栽培稻對砷的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和耐性等存在顯著基因型差異,但野生稻對砷的耐受性到底如何及其砷耐性差異機(jī)理尚不清楚。野生稻富含優(yōu)異基因資源,是水稻抗逆育種及理論研究的寶貴材料。本實(shí)驗(yàn)首次以12種基因型野生稻為研究材料,從中鑒定出對砷高耐受性且低積累以及砷敏感的野生稻。在此基礎(chǔ)上,采用定量蛋白質(zhì)組技術(shù)(iTRAQ)研究它們在砷

2、脅迫下顯著差異表達(dá)的蛋白質(zhì),初步揭示其砷耐性差異的內(nèi)在機(jī)理。主要結(jié)論如下:
　　(1)綜合考慮各供試基因型在25μM亞砷酸鹽處理下的表型、根伸長量、對砷的吸收與轉(zhuǎn)移能力等,鑒定出對砷高耐受性且低積累的基因型92606及砷敏感基因型103420。與103420相比,在砷脅迫條件下92606幼苗葉片中 SOD、CAT和APX等抗氧化酶活性顯著增加,表明耐砷基因型92606可通過增加植株體內(nèi)抗氧化酶的活性來緩解砷危害引起的氧化脅迫。

3、r>　　(2)采用iTRAQ技術(shù)從92606和103420砷處理下的根部組織中共鑒定到3272個蛋白質(zhì)。在砷處理6h時,從92606中共鑒定到172個顯著差異表達(dá)的蛋白質(zhì)(其中82個上調(diào)和90個下調(diào)),而砷敏感基因型103420中共鑒定出107個上調(diào)蛋白和112個下調(diào)蛋白。GO富集分析和KEGG代謝途徑分析結(jié)果表明,這些差異表達(dá)蛋白主要與代謝過程、防御反應(yīng)、氧化應(yīng)激、蛋白質(zhì)合成、光合作用、糖酵解代謝和三羧酸(TCA)循環(huán)以及氨基酸合成等

4、有關(guān)。尤其是,耐砷水稻92606根中氧化磷酸化,半胱氨酸、甘氨酸等氨基酸代謝,脂肪酸生物合成等相關(guān)蛋白被誘導(dǎo)表達(dá)。
　　(3)上述鑒定的大部分差異表達(dá)蛋白與砷酸鹽脅迫應(yīng)答表達(dá)基因不同,表明水稻響應(yīng)As(Ⅴ)和As(Ⅲ)脅迫的機(jī)制不同。
　　(4)經(jīng)檢索水稻插入突變體庫 OryGenesDB發(fā)現(xiàn),兩個基因型中多數(shù)顯著差異表達(dá)蛋白(>3倍)均有插入突變體信息,其中有些基因突變體的表型為種子結(jié)實(shí)率低、植株矮化或半矮化和葉片黃化等。