空間誘導(dǎo)水稻蛋白變化特征及空間輻射地基模擬誘因分析.pdf

1、為了探索空間環(huán)境的生物學(xué)效應(yīng)機制，本文以模式植物水稻為材料，經(jīng)過多次空間飛行，考察了不同水稻品系當(dāng)代及第2代植株蛋白變化特征；并通過地基模擬重離子輻射基于水稻的蛋白表達譜分析了空間的輻射誘因；利用多蘗矮突變體的蛋白表達差異分析對空間誘導(dǎo)水稻分蘗突變的機制進行了探索。
　　利用二維熒光差異顯示雙向電泳（2-D DIGE）技術(shù)獲取了2次空間飛行當(dāng)代、第2代和地基模擬輻射后多個水稻品系以及突變體材料分蘗期的99張雙向電泳蛋白表達圖譜，建

2、立了包含所有品系共同表達的蛋白點以及品系特異表達蛋白點合集的群體，形成了標(biāo)準(zhǔn)圖譜；以該標(biāo)準(zhǔn)圖譜為統(tǒng)一范圍使不同狀態(tài)下的大量蛋白表達數(shù)據(jù)存在定性和定量上的可比性。串聯(lián)質(zhì)譜鑒定出204個差異表達蛋白，參與的生物功能涵蓋代謝、調(diào)節(jié)、刺激應(yīng)答、細胞活動和生殖。
　　為分析空間飛行當(dāng)代水稻蛋白變化特征及在子代的遺傳特性，利用聚類、主成分分析等方法歸納并比較了不同空間飛行當(dāng)代及第2代材料與地面對照之間的蛋白表達差異。發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星搭載與航天飛船的空

3、間飛行能夠使當(dāng)代水稻葉片蛋白表達特征發(fā)生改變，但在不同類型的空間飛行中存在變化程度的區(qū)別：飛行時間越長，受空間輻射環(huán)境影響越大的材料，蛋白表達譜的差異就越大。從差異蛋白分子生物功能分布上分析了空間環(huán)境對水稻細胞生理生化功能的影響，空間飛行當(dāng)代引起易變蛋白的功能主要包括核酸代謝、光反應(yīng)、蛋白降解、抗真菌、抗脅迫和氨基酸代謝?？臻g飛行環(huán)境對水稻當(dāng)代蛋白表達特征的改變在相應(yīng)的第2代植株中可以發(fā)生延續(xù)和回復(fù)，回復(fù)與否以及回復(fù)的程度與水稻的品系敏

4、感性相關(guān)。細胞壁形成、核酸代謝、蛋白降解、逆轉(zhuǎn)錄、氨基酸代謝、磷酸戊糖途徑和抗脅迫功能的應(yīng)答易在第2代回復(fù)；參與種子成熟、蛋白折疊、糖酵解、脂類合成、糖原合成和三羧酸循環(huán)的蛋白分子僅在第2代時產(chǎn)生應(yīng)答?？臻g環(huán)境的生物學(xué)效應(yīng)能夠體現(xiàn)在蛋白表達層面上。
　　發(fā)現(xiàn)了一些對空間環(huán)境敏感的蛋白分子，包括核苷二磷酸激酶1、Rieske鐵-硫蛋白前體、半胱氨酸蛋白酶、異黃酮還原酶相似蛋白、S-類核糖核酸酶以及參與蛋白折疊的分子伴侶，它們能夠作為

5、水稻對空間環(huán)境應(yīng)答的潛在蛋白分子標(biāo)志物。
　　空間輻射是一個非常復(fù)雜的復(fù)合高能粒子環(huán)境。為尋找空間環(huán)境的離子誘因，在地面模擬了空間2mGy劑量下不同能量的離子輻射，采用傳能線密度（LET）分別為13.3keV/μm的12C離子、30keV/μm的12C離子、31keV/μm的20Ne離子、62.2keV/μm的12C離子和500keV/μm的56Fe離子對水稻種子進行處理，并與返回式衛(wèi)星搭載的水稻蛋白表達模式進行比較。通過聚類、主

6、成分分析和相關(guān)性分析后發(fā)現(xiàn)：LET-62.2keV/μm的12C離子輻射蛋白表達特征與空間環(huán)境最為類似。為進一步分析空間輻射環(huán)境的劑量效應(yīng)，利用與空間效應(yīng)相近的LET-62.2keV/μm的12C離子進行了不同累積劑量的輻射（劑量分別為2mGy、20mGy、200mGy、2000mGy），對輻射蛋白表達譜與空間材料進行比較后發(fā)現(xiàn)2mGy劑量的輻射效應(yīng)與空間環(huán)境最為接近，證實了空間輻射的低劑量效應(yīng)。通過基于蛋白表達譜的分析建立了新的空間環(huán)

7、境輻射誘因效應(yīng)評價體系。
　　對空間誘變多蘗矮桿突變體R955及對照植株3個營養(yǎng)生長期葉片總蛋白的分離及定量分析發(fā)現(xiàn)，能量代謝、光合作用、蛋白代謝、氮元素同化、氨基酸代謝以及脅迫應(yīng)答等過程均參與了空間環(huán)境誘導(dǎo)的突變分蘗發(fā)育。對差異蛋白在不同時期相對表達量的K-均值聚類分析顯示不同功能蛋白表現(xiàn)不同表達模式；二元方差分析篩選出S-類核糖核酸酶可能與水稻分蘗突變性狀直接關(guān)聯(lián)。相關(guān)結(jié)果為空間環(huán)境誘發(fā)水稻產(chǎn)生分蘗突變的機制提供了新的見解。<