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四种针叶树与欧美107杨响应干旱与高温胁迫的蛋白质组研究
中文名称: 四种针叶树与欧美107杨响应干旱与高温胁迫的蛋白质组研究
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论文编号: 3100962收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Proteomic Analysis of Four Coniferous Tree Species and Populus×euramericana cv. ''74/76'' under Drought and High-temperature Stress
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 森林培育
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 干旱 高温 华山松 油松 白皮松 樟子松 欧美107杨 蛋白质组
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论文简介:随着全球变暖的加剧,干旱与高温经常同时发生并且愈演愈烈,这对树木的生存和生长提出了严峻的挑战。因此,研究合理的对策,阐明树木对干旱与高温胁迫的反应及适应机制,籍此来筛选和培育出抗旱耐高温的树种或品种,以适应气候变暖的趋势,就显得极为重要。 本论文运用蛋白质组学的方法结合生理指标测量对四种针叶树(华山松、油松、白皮松、樟子松)响应干旱与高温的分子基础进行了深入研究,以期找到其种间响应干旱与高温差异的生理及分子基础,为树种筛选提供依据;并进一步加重胁迫程度,以针叶树代表树种华山松和树木研究中的模式树种杨树(欧美 107 杨,阔叶树代表树种)为研究对象,对其响应干旱与高温胁迫的逆境蛋白进行了进一步研究,通过对二者的比较,来探讨针阔叶树响应干旱与高温胁迫的分子基础及差异;并从蛋白质组学角度验证树木对逆境的交叉适应,为树木抗逆分子机制的蛋白质组学研究提供第一手的资料和数据,为开展其它逆境胁迫的树木蛋白质组学研究提供借鉴。 在本研究中,我们通过比较三氯乙酸沉降法、改良丙酮沉淀法以及蔗糖溶解法发现,蔗糖溶解法最适合提取松针总蛋白,它能较好地满足双向聚丙烯酰胺凝胶电泳(2-DE)及质谱分析的要求。 对四种针叶树(华山松、油松、白皮松、樟子松)2-D胶上的342个蛋白多态性位点进行UPGMA蛋白聚类分析,得出四个树种遗传距离在0.07~0.12之间。当遗传距离在0.07~0.087之间时,这四种针叶树聚为三类:华山松(五针松组)、白皮松(白皮松组)各为一类,油松和樟子松(油松组)聚为一类。白皮松与华山松、油松、樟子松的遗传相似系数分别为0.78、0.84、0.85。这说明白皮松组的白皮松与五针松组的华山松的遗传关系相对较远,而与油松组的油松和樟子松的关系相对较近。这与我们同步研究的干旱胁迫下四个树种净光合速率和气孔导度下降幅度的结果,即:华山松>樟子松>油松>白皮松,出现一定的相关性。这提示我们不同的针叶树对干旱胁迫的敏感度可能与其遗传关系有关,而本研究中的遗传关系是基于蛋白多态性位点得出的,因此我们推测这四种针叶树对干旱胁迫的敏感性差异可能与其表达的蛋白差异有关。在接下来的研究中,我们进一步对四种针叶树在干旱与高温胁迫下产生的差异蛋白进行了研究,希望能找到其种间耐旱差异的分子基础。 通过对干旱与高温胁迫下华山松、油松、白皮松、樟子松差异蛋白的分析,共得到32个显著差异表达的蛋白,质谱分析鉴定出15个有意义的蛋白。这些蛋白的功能涉及光合作用、能量代谢、渗透调节、蛋白形成、信号转导等方面。数据分析说明,华山松、樟子松在响应干旱与高温胁迫时,胁迫间可能存在一些共同的分子基础,而华山松与油松在响应干旱胁迫时,种间也可能存在某些共同的分子基础。另外值得一提的是,干旱与高温胁迫下华山松差异表达蛋白在数量上有一定的优势,占43.8%,高于其它三种针叶树,这暗示华山松对这两种逆境的响应比其它三个树种敏感。在以上研究的基础上,我们选取对胁迫敏感的华山松为研究对象,加深干旱与高温胁迫的程度,共得到27个显著差异表达的蛋白,这些蛋白主要分为功能性蛋白和调节性蛋白两大类,涉及到光合作用、细胞分裂、蛋白形成、自由基清除及氮代谢和能量代谢等,其中81.5%为高温胁迫所产生的,这说明:与响应干旱胁迫相比,华山松对高温胁迫较敏感。 此外,本研究选取了欧美107杨为研究对象,对其进行干旱与高温胁迫处理后,共得到26个显著差异蛋白,其中12个为两种胁迫共同产生的。这一现象有别于针叶树种,这暗示了欧美107杨在响应干旱与高温胁迫时存在一些共同的分子基础。另外,在所鉴定的蛋白中,参与光合作用的蛋白就占72%,远高于针叶树(华山松、油松、白皮松、樟子松)的16%,这说明干旱与高温对四种针叶树及供试阔叶树(欧美107杨)的光合作用均有影响,且对后者的影响较大。 基于本研究的结果及前期工作基础,我们指出:一方面,逆境对我们所研究的阔叶树(欧美107杨)的影响较针叶树大,供试阔叶树耐旱能力相对较弱,而四种针叶树中华山松耐旱能力最弱排在第一位,其次为油松和樟子松,最后是白皮松;另一方面,干旱与高温胁迫下,供试针阔叶树均诱导产生一些功能相同的蛋白,这暗示它们在响应干旱与高温胁迫时可能存在某些共同的分子基础;另外,研究中绝大部分逆境产生的差异蛋白的表达量上调,这说明供试针阔叶树对干旱与高温胁迫均具有积极的逆境响应。
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