两种非洲水稻响应盐胁迫的比较蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析

论文摘要

水稻是全球超过50%人口的主食(Samiullah Khan,2016),它被认为是仅次于小麦的全球第二大农产品。水稻具有很高的农业和经济价值,但同时在水稻的种植过程中也面临着生物和非生物等不同类型的胁迫。其中,土壤盐含量在影响全球农业生产的非生物胁迫类型中排名第二。盐胁迫通过干扰植物细胞内的各种生物学过程,导致抑制植物生长从而减少产量。从分子水平研究植物盐胁迫的机理,从而克服盐胁迫影响达到增产的目标是当务之急。本研究旨在于利用对盐胁迫敏感和盐胁迫耐受型水稻品种的比较蛋白质组学分析,从蛋白质及其翻译后修饰水平解析水稻抗盐胁迫的机理。同时也在形态以及生理生化水平上开展了比较研究。主要研究结果显示敏感和耐受品种在盐胁迫下的形态学、生理、生物化学、蛋白质组学和翻译后修饰(磷酸化)发生了显着变化。1)形态学研究揭示了在盐处理1天和3天后,根长、茎长、幼苗长度和侧根数量的统计学发生了显著性变化。2)对盐处理1天和3天的生理生化研究表明,与耐受品种相比,敏感品种的丙二醛(MDA)、电解质渗漏(EL)、钠离子和过氧化氢浓度更高。3)蛋白质组学研究表明,在不同的代谢和调控途径下,其表达模式是相似的、动态的。即1天和3天盐胁迫下敏感和耐受品种的糖酵解、脂质代谢、蛋白质合成、蛋白质降解、氨基酸合成、未知蛋白质和应激蛋白质。在RNA调节、蛋白质活化、氧化还原、敏感品种的信号传导和转运、细胞发育和细胞囊泡以及耐受品种的氨基酸代谢降解中观察到不同的模式。在翻译后修饰方面,与耐受品种相比,磷酸化程度更高表现在对雄激素脱水酶和未表征的蛋白质的敏感性。本研究中提到的3种特定蛋白质,共鉴定出23个磷酸蛋白。DNA指导的RNA聚合酶亚基的磷酸化水平在敏感和耐受品种中都显示出相似的模式。本研究获得的结果揭示了敏感和耐受水稻品种在蛋白质组水平上发生差异。本研究对现有的蛋白质组学研究进行进一步的补充,从而有助于理解盐胁迫下的蛋白质变化。两个品种之间的形态学、生物化学和生理学结果也存在显著差异。这些发现对育种非常重要。因为它们指出了在分子水平上发生的怎样的变化和整个植株的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Chapter 1 Background
•   1.1 Rice
•     1.1.2 Domestication
•     1.1.3 Environmental factors affecting rice production
•     1.1.4 Rice Food security
•   1.2 Introduction to salinity stress
•     1.2.1 Salinity
•     1.2.2 Impact of salt stress on global agricultural production
•     1.2.3 Mechanism of salinity tolerance
•     1.2.4 Biochemical and molecular mechanisms of salt tolerance
•     1.2.5 Signal transduction
•     1.2.6 Crop species with varying degrees of salt tolerance transport in plants
•     1.2.7 Input of proteomics （and phospho-proteomics）
•   1.3 Objectives
•     1.3.1 Overall objective:
•     1.3.2 Specific Objectives
• Chapter 2 Materials and Methods
•   2.1 Rice Culture,Salt Treatment and Harvest
•   2.2 Protein extraction
•     2.2.1 Protein concentration
•     2.2.2 Protein digestion
•     2.2.3 IMAC enrichment of phospho-peptides
•     2.2.4 Nano-LC-MS/MS analysis
•   2.3 MDA determination TBA/TCA plate reader method
•   2.4 Electrolyte leakage
•   2.5 Potassium and sodium ions determination
•   2.6 Determination of Hydrogen peroxide
•   2.7 Morphological observation
•   2.8 Data analysis
• Chapter 3 Results
•   3.1 Morphological changes under 300 mM NaCl stress
•   3.2 Physiological and biochemical under 300 mM Nacl
•     3.2.1 MDA concentration and Hydrogen peroxide under salt stress
•     3.2.2 Electrolyte leakage, potassium and sodium ions concentration under saltstress
•   3.3 Protein expression under salt stress
•     3.3.1 Heat map for the differential expression of proteins
•     3.3.2 Metabolism overview under salt stress
•     3.3.3 Regulation overview under different pathways
•     3.3.4 Protein abundance and function under metabolisms
• Chapter 4 Discussion
•   4.1 Rice responses at morphological and physiological levels
•   4.2 General adaptations of rice to salt stress
•   4.3 Salt-responsive signaling pathways in roots
•     4.3.1 Calcium regulation, Ca2+ signaling and Ca2+ binding proteins
•     4.3.2 Salt sensing and signaling
•     4.3.3 G protein mediated signaling
•     4.3.4 14-3-3 proteins
•     4.3.5 Kinase cascades
•   4.4 Phosphorylation
• Chapter 5 Conclusion and Prospective
• References
• Appendices
• Acknowledgement
• Student Profile
•   Academic records
•   List of publication during MSc study
•   Project affiliation

文章来源

类型: 硕士论文

作者: TONNY MARAGA NYONG’A

导师: 杨平仿,Li Ming

关键词: 水稻,盐胁迫,蛋白质组学,磷酸化,敏感,耐受

来源: 中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农作物

单位: 中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)

分类号: S511;Q945.78

DOI: 10.27603/d.cnki.gkhzs.2019.000034

总页数: 89

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