菊属野生种抗旱生理机理及抗旱蛋白质组学研究

【摘要】菊花(Chrysanthemummorifolium)原产我国,是我国十大传统名花和世界四大切花之一,具有很高的观赏和经济价值。水资源匮乏引起的干旱胁迫已逐渐成为限制菊花生产以及园林绿化应用的主要因素之一。因此,开展菊花抗旱生理及蛋白质组学研究,对提高其抗旱性以及开展抗旱性育种研究具有重要意义。菊属野生种质资源携带栽培种缺乏的某些抗逆基因,是抗性育种的重要基础材料。本文以抗旱性具有显著差异的菊属两个野生种(野路菊和菊花脑)为试材,比较了两者叶表结构差异,采用PEG模拟干旱胁迫的方法,研究干旱胁迫下两者的干旱胁迫响应表型及多种生理代谢的变化；使用双向电泳技术,研究了干旱胁迫下抗旱性野路菊叶片差异表达蛋白质组,对差异表达蛋白进行了质谱鉴定。主要研究结果如下：1.以抗旱性较强的野路菊(C.japonense)和不抗旱的菊花脑(C.nankingense)为试材,比较了两者叶片表皮毛和蜡质含量及成分的差异,研究了PEG模拟干旱胁迫下两者的表观形态、抗氧化酶类、渗透调节物质、内源激素脱落酸含量和光合生理特性等代谢的变化。研究发现：抗旱性较强的野路菊叶表具有较高的表皮毛密度,其表皮蜡质总量是菊花脑的6.6倍。表皮蜡质成分主要为脂肪醇、脂肪酸、酯类和烷烃四大类；菊花脑的蜡质组分有9种,而野路菊的蜡质组分有18种,含有多种特有的脂肪酸、脂肪醇类和酯类化合物。两物种干旱胁迫后均出现叶片失水萎蔫下垂等症状,不抗旱的菊花脑的萎蔫症状出现的更早且更严重,全株叶片表现出边缘卷曲、皱枯；干旱胁迫下,菊花脑的叶片相对电导率、MDA含量高于野路菊,而野路菊叶片的相对含水量、脯氨酸和ABA的含量均高于菊花脑；两者的抗氧化酶SOD、POD、CAT和APX活性均升高,但在干旱胁迫后期野路菊中SOD、CAT和APX活性显著高于菊花脑；两者的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、光系统Ⅱ最大光合效率和叶绿素含量均下降,但在干旱胁迫后期野路菊中的上述指标均显著高于菊花脑。研究结果表明：抗旱性较强的野路菊叶片具有发达的表皮毛和较高的表皮蜡质含量,有利于减少水分散失；能够快速大量累积ABA,积极响应干旱胁迫,诱导植株发生适应性调整；通过有效的渗透调节和抗氧化防御系统,降低水分亏缺造成的损伤,维持较高的光合能力和代谢活性。形态结构的适应性、内源激素ABA的迅速响应、较强的渗透调节能力以及抗氧化能力是野路菊抗旱的重要生理机制。2.为了进一步了解菊属野生种抗旱的分子机制,以抗旱性较强的野路菊为试材,采用双向电泳技术,研究了胁迫6h叶片与对照的差异表达蛋白质组,并对差异表达蛋白进行了质谱鉴定。在对照和处理样品的考马斯亮蓝染色的凝胶电泳图谱上分别检测到506和547个点,经过PDQuest软件分析,找到37个两倍以上差异的蛋白点,采用MALDI-TOF-TOF质谱鉴定,获得了27个阳性结果,对应于26种不同的蛋白质,鉴定的蛋白按照其功能可分为7类,包括光合作用(27%)、能量代谢(15%)、蛋白质合成(11%)、逆境防御(8%)、核酸代谢(8%)、信号转导(4%)和未分类的蛋白(27%)。根据菊花EST数据库成功克隆了其中9种蛋白质的基因片段,通过qRT-PCR检测其基因的表达水平,验证双向电泳实验结果,其中7个点基因与蛋白表达水平一致。鉴定到的蛋白有锰稳定蛋白、苯丙氨酸解氨酶、谷胱甘肽硫转移酶、Rubisco活化酶、逆转座子蛋白等。对于进一步开展菊花的抗旱机制研究提供了新信息和新思路。综上所述：在干旱胁迫下,野路菊积极调节相关抗逆基因的表达；提高抗氧化酶系统的活性以减轻伤害；保持相关光合酶类的活性以维持一定的光合作用；加强多条途径的能量代谢,保障细胞内能量及物质的供应,以维持各项必需的生理代谢的正常进行,从而表现出较强的抗旱性。
【作者】顾菁；
【导师】陈素梅；
【作者基本信息】南京农业大学，园林植物与观赏园艺，2013，硕士
【关键词】菊属野生种；光合作用；生理代谢；蛋白质组学；叶片表面结构；

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