巴西橡胶树叶片蛋白样品的制备及质谱初步分析

采用TCA-丙酮沉淀法并稍做改进提取巴西橡胶树叶片总蛋白,蛋白溶解后,用试剂盒对蛋白上清液进行纯化和浓度测定。十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和双向凝胶电泳(2-DE)的结果均表明,所制得的蛋白样品质量较高,并且纯化过的蛋白样品2-DE(双向电泳)图谱效果更好(7 cm,考染)。根据预实验结果,选用17 cm IPG预制干胶条对纯化的蛋白样品进行2-DE实验,采用快速银染法进行染色,随机挖取银染胶上6个蛋白点进行MALDI-TOF MS分析和数据库检索,鉴定了3个蛋白,它们是：1-氨基环丙烷-1羧酸合酶2,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基和F11O4.2。本实验为进一步对巴西橡胶树叶片中具有重要生物学功能蛋白的筛选和鉴定打下了方法学基础。     

橡胶树PR107和CATAS8-79中胶乳蛋白的差异分析及磷酸化蛋白的鉴定

橡胶树是合成天然橡胶的重要植物。PR107和CATAS8-79是具有不同产排胶性状的2个无性系。在以往的研究中,胶乳中蛋白表达差异被认为是影响天然橡胶合成的关键因子之一。然而,这2个无性系之间与胶乳产量相关的蛋白质图谱尚未明确。本研究采用蛋白质组学方法对这些蛋白质进行鉴定,有助于探讨巴西橡胶树胶乳合成机理。经双向凝胶电泳和质谱鉴定分析,共获得65个差异表达蛋白信息。通过磷酸化蛋白质组分析,在PR107胶乳中鉴定出31个磷酸化蛋白质,含有74个磷酸化氨基酸残基,在CATAS8-79胶乳中鉴定出80个磷酸化蛋白质,含有166个磷酸化氨基酸残基。橡胶延伸因子/小橡胶粒子蛋白（REF/SRPP）家族成员被鉴定为差异表达蛋白和磷酸化修饰蛋白,这些蛋白在调节天然橡胶合成中起着重要作用。pro-hevein和hevamine也表现出不同的磷酸化修饰水平,它们主要在天然橡胶排胶过程中起作用。一种丝氨酸-苏氨酸蛋白磷酸酶激酶的磷酸化和去磷酸化修饰可能在天然橡胶合成中起调节作用。这些结果为天然橡胶生物合成调控机制的研究提供了新的理论依据。     

大豆叶片蛋白响应干旱胁迫的双向电泳分析

大豆是我国重要的农作物之一,蛋白质组学技术是解析植物响应逆境胁迫的重要工具之一。为进一步推进对响应干旱胁迫的大豆叶片蛋白的鉴定工作,以大豆幼苗的叶片为研究对象,用甘露醇溶液模拟干旱胁迫,处理24 h后提取叶片蛋白粉进行双向电泳分离和图谱差异分析。结果表明:采取三氯醋酸(TCA)-丙酮沉淀法提取的叶片蛋白进行双向电泳分离能够得到稳定清晰的双向电泳蛋白图谱。采取PD-Quest软件对干旱胁迫下的大豆叶片蛋白表达图谱进行差异分析,共检测和匹配425个大豆叶片蛋白点,其中差异表达的蛋白点有101个,60个表达量上调,41个表达量下调。本研究结果表明有一部分大豆叶片蛋白响应了干旱胁迫。     

野生一粒小麦根干旱响应蛋白的筛选与鉴定

为解析野生一粒小麦根响应干旱胁迫的调控网络,用20%(w/v)PEG6000处理两叶一心期野生一粒小麦,通过对小麦根蛋白质的分离和鉴定,分析了干旱胁迫下野生一粒小麦根中的蛋白质变化。结果共分离、鉴定得到85个表达差异倍数在1.5以上的蛋白质。这些差异蛋白主要涉及碳代谢(27%)、氨基酸代谢(15%)、解毒与防御(11%)、分子伴侣(8%)、能量代谢(8%)、信号传导(6%)、蛋白质代谢(5%)、脂代谢(4%)、转录与翻译(4%)、核苷酸代谢(2%)以及骨架蛋白(1%)。对这些表达差异蛋白进行进一步的功能分析,发现大部分信号传导相关蛋白上调表达;碳代谢途径中的糖酵解相关蛋白下调表达,而磷酸戊糖途径相关蛋白上调表达。同时下调表达的还包括蛋白质代谢相关蛋白。大部分氨基酸代谢相关蛋白质下调表达,但是谷氨酸脱羧酶及甲硫氨酸合酶含量上升。结果表明,干旱胁迫增强了野生一粒小麦根中信号传导与磷酸戊糖途径代谢,促进了谷氨酸与甲硫氨酸的生物合成,降低了糖酵解与蛋白质代谢等过程。研究结果丰富了野生一粒小麦根响应干旱胁迫机制信息。     

晋麦47幼苗叶片水分胁迫差异表达蛋白的鉴定与分析

为了从蛋白质水平进一步揭示小麦抗旱机理,以旱地小麦品种晋麦47为试验材料,采用蛋白质双向电泳技术,结合质谱鉴定技术,研究幼苗在正常供水与水分胁迫(-0.5 MPa的PEG-6000溶液处理48h)后叶片蛋白质组表达谱间的差异,分析水分胁迫差异表达的蛋白种类及其功能.研究发现,在正常供水和水分胁迫处理两种条件下,幼苗叶片蛋白的双向电泳图谱均可重复检测到850个蛋白点;31个蛋白点在两种供水水平间表达量存在显著差异,其中17个蛋白点在水分胁迫处理下表达量明显增加,14个蛋白点表达量明显减少.对这些蛋白点进行肽指纹图谱分析,并利用Mascot软件在NCBInr数据库搜索,最终有26个蛋白点被成功鉴定;其中,未知功能蛋白7个;已知功能蛋白19个,主要涉及能量、代谢、抗病与防御、细胞结构、转录与翻译以及信号转导等功能类别.结果表明,小麦体内的多个代谢及调控途径参与了对干旱的应激反应.最后,本文还对鉴定到的差异蛋白点与水分胁迫的关系进行了分析和讨论.     

干旱胁迫下香蕉miRNAs的表达分析

以干旱驯化和未驯化的香蕉幼苗为研究材料,采用实时荧光定量PCR方法检测干旱胁迫过程中6个miRNAs的表达变化。结果表明:6个miRNAs在所有香蕉幼苗的干旱胁迫响应过程中均有表达,但其表达模式存在差异,在直接干旱处理下,mi R156k、mi R160a、mi R162a、mi R164a、mi R166d的表达均呈现升高-降低的趋势,mi R397b的表达则呈现升高-降低-升高-降低的趋势;在驯化后干旱处理下,mi R156k、mi R162a、mi R166d、mi R397b的表达均呈现升高-降低的趋势,mi R160a、mi R164a的表达则呈现升高-降低-升高-降低的趋势。干旱胁迫响应过程中(除处理后第10天外),驯化后的香蕉幼苗中miRNAs的表达量基本上高于未驯化香蕉幼苗中miRNAs的表达量,同时还发现mi R160a和mi R164a的表达量都非常高。上述研究结果将为香蕉干旱胁迫应答研究奠定基础。     

小麦籽粒清蛋白和球蛋白表达对干旱胁迫的响应

为了解干旱胁迫对小麦籽粒灌浆期蛋白表达的影响,以强筋优质小麦品种藁城8901为材料,采用双向电泳以及质谱鉴定分析了干旱胁迫和正常生长条件下成熟籽粒清蛋白和球蛋白表达谱的差异。结果表明,与正常生长条件相比,干旱胁迫后,小麦籽粒出现130个差异蛋白质点。通过MALDI TOF-TOF质谱鉴定和数据库搜索,最终成功鉴定出57个差异蛋白,其中上调表达29个,下调表达19个,特异表达7个,沉默表达2个;涉及ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、α-淀粉酶抑制剂、过氧化还原酶、β-淀粉酶、二硫键异构酶、丝氨酸蛋白酶抑制剂、超氧化物歧化酶等13种蛋白质,其中代谢类10个,能量类2个,蛋白质加工和储藏6个,病害防御相关17个,转录1个,功能未知和假定蛋白21个。说明干旱胁迫影响小麦籽粒灌浆期的多个代谢途径,进而影响小麦产量和品质。     

茶树在干旱条件下的mRNA差异表达

采用20%PEG-6000对福鼎大白茶无性系扦插苗进行模拟干旱处理,应用mRNA差异显示技术研究干旱与正常浇水对照的mRNA差异表达,发现1个在干旱条件下减量表达片段N_3-5。序列分析和同源性比对表明,N_3-5与茶树无性系Sajin茶叶色突变基因组序列标签S31.B15（Accession：DQ443473.1）有75%的同源性。根据序列相似同源基因的功能推测,该片段可能与茶树的抗旱机制有关。     

干旱胁迫下氮肥对玉米叶片生理特性的影响

采用盆栽控水试验,研究干旱胁迫下氮肥水平对玉米光合作用及保护酶活性的生理响应。结果表明,与正常灌水处理相比,干旱胁迫降低玉米叶片的气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ量子产量(φPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP);增加胞间CO2浓度(Ci)、非光化学猝灭系数(qN)和丙二醛(MDA)含量;保护酶活性(SOD、POD和CAT)升高。干旱胁迫下适量施氮(225 kg/hm2)提高玉米叶片的Gs、Tr、Fv/Fm、φPSⅡ和qP;降低Ci和qN;同时显著提高保护酶活性(SOD、POD和CAT),降低膜质过氧化程度,全面改善叶片光合功能和内在的生理特性。不施氮肥和过量施氮(450 kg/hm2)均表现出与适量施氮处理相反的变化趋势。     

适合巴西橡胶树胶乳C-乳清蛋白双向电泳技术的建立

对巴西橡胶树胶乳C-乳清蛋白质双向电泳技术的各个条件.包括蛋白样品提取步骤、蛋白上样量、适宜胶条的选择、等电聚焦程序、聚丙烯酰胺凝胶电泳的凝胶浓度以及凝胶染色方法等进行了研究,确定了一套适合C-乳清蛋白质组分析的双向电泳的技术方法.     

橡胶粒子膜蛋白双向电泳体系的建立和质谱初步分析

橡胶粒子是橡胶树乳管细胞中进行橡胶生物合成的一种特殊细胞器。参与橡胶生物合成的橡胶转移酶、橡胶延长因子等重要酶类和相关的蛋白质调控因子均定位于橡胶粒子的表面或镶嵌于橡胶粒子膜中。本研究在SDS-PAGE分离橡胶粒子膜蛋白的基础上,使用pH3￣10非线性IPG胶条进行2-DE双向电泳,成功地分离了橡胶粒子膜蛋白,在2-DE银染胶上共得到约520个蛋白质点,并通过基质辅助激光解吸附飞行质谱(MALDI-TOF)对部分蛋白质点进行了初步分析鉴定。检索蛋白质数据库证明其中的蛋白质点包括橡胶延长因子(REF)和橡胶过敏蛋白Hev3等典型的橡胶粒子膜蛋白,另外还有一些功能未知的蛋白质。从银染2-DE胶上可以看出,REF在橡胶粒子膜蛋白中占有很大的比例,这表明REF在橡胶生物合成中可能具有非常重要的作用。通过比较蛋白质组学研究发现,橡胶粒子膜上存在乙烯和茉莉酸信号响应蛋白。乙烯和茉莉酸对橡胶生物合成的调控作用可能与橡胶粒子膜上存在它们的响应蛋白有关。橡胶粒子膜蛋白2-DE双向电泳体系的建立为全面研究橡胶粒子膜蛋白的组成及其变化奠定了基础。     

巴西橡胶树类甜味蛋白基因HbTLP1的克隆及表达分析

根据模式植物拟南芥中同类蛋白的氨基酸序列在橡胶树转录组数据库中进行同源搜索并设计引物,通过RT-PCR方法扩增巴西橡胶树TLP同源基因的cDNA片段,命名为Hb TLP1.该片段包含一个984 bp的开放阅读框,编码327个氨基酸的多肽.生物信息学分析结果表明,该氨基酸序列含有一个超级THAUMATIN-Like结构域,与杨树、大豆、葡萄和拟南芥的TPL蛋白有较高的同源性.半定量分析结果表明,该基因的表达受水杨酸(SA)和鞭毛蛋白(flg22)的诱导,但不受茉莉酸(JA)的影响.以上结果揭示该基因为橡胶树的TPL同源基因,参与SA介导的抗病信号途径和植物的先天免疫反应.     

基于SSR标记的橡胶树无性系鉴定方法的建立

从88对橡胶树SSR引物中筛选出5对产物清晰、扩增稳定的引物.采用6%变性聚丙烯酰胺凝胶电泳结合快速银染检测的方法,构建了87份橡胶树的DNA指纹图谱.5对引物共扩增出16条带,平均每对引物可扩增出3.2条带,多态性条带为15条,扩增条带分布在148～342 bp,无性系之间只存在1～2个片段差异,说明遗传差异小;根据建立的无性系数字指纹图谱,能逐一区分65个无性系,表明应用SSR分子标记技术进行橡胶树无性系的鉴定是可行的.     

巴西橡胶树病程相关蛋白基因（HbPR1）的克隆及分析

利用同源克隆技术,在前期课题组对橡胶树转录组进行测序的基础上,根据模式植物中PR1蛋白的氨基酸序列进行同源搜索并设计引物,通过RT-PCR方法扩增巴西橡胶树PR1同源基因的cDNA片段,命名为HbPR1。该片段包含一个450 bp的开放阅读框,编码150个氨基酸的多肽。生物信息学分析结果表明,该氨基酸序列与杨树(Populus tomentosa)、葡萄(Vitis vinifera)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的PR1蛋白高度同源,同源性分别为76%,74%和72%,并含有SCP_PR1_like结构域。半定量分析结果表明,该基因表达受水杨酸的诱导。以上结果暗示该基因为橡胶树的PR1同源基因,可作为橡胶树系统获得性抗性产生的标签基因。     

橡胶树HbFCA启动子的克隆及其在橡胶树中的表达分析

FCA(Flowering control locus A)基因是自主开花调控途径中的关键调控基因之一,同时,FCA功能具有多样性.本研究中,利用TAIL-PCR方法获得2039 bp橡胶树FCA基因的启动子序列,生物信息学分析发现该启动子中具有28种顺式调控元件,其中主要为基因表达调控核心元件(TAAT-box和CAAT-box)和光响应调控元件.此外,还含有激素、胁迫信号和光周期的顺式作用元件.同时,将橡胶树FCA启动子与GUS基因融合构建植物表达载体转化橡胶树,发现在胚状体、叶片和树根中GUS基因均强烈表达,但在茎段中表达较弱,说明橡胶树FCA基因除参与开花调控外,还可能参与多种发育过程的调控.本研究获得的HbFCA启动子转化橡胶树植株为进一步分析Hb FCA基因功能及表达调控模式提供了遗传材料.     

橡胶树HbWRKY3的克隆及其响应逆境胁迫的表达分析

通过RACE技术扩增获得橡胶树HbWRKY3基因,并对该基因及其所编码氨基酸序列进行生物信息学分析和响应逆境胁迫的表达分析,结果表明：该基因含有2个WRKYGQK结构域和2个C2H2锌指结构,属于WRKY基因家族第Ⅰ类;由4个外显子和3个内含子组成,DNA序列全长3 780 bp;开放阅读框长度为2 211 bp,编码由737个氨基酸组成的多肽。该基因定位于细胞核中,在橡胶树叶片、树皮、花、胶乳等不同组织中都有表达,以花中的表达水平最高。盐、PEG、茉莉酸、水杨酸等非生物胁迫均可诱导HbWRKY3的表达,但干旱、ABA、乙烯和低温胁迫的诱导较为明显。     

巴西橡胶树HbMET的克隆与表达分析

通过同源克隆和RACE方法获得了巴西橡胶树DNA甲基转移酶(DNA Methyltransferase,MET)基因(Hb MET)。Hb MET长4 896 bp,含有4 635 bp的阅读框架,编码1 545个氨基酸。蛋白分子量174.36 ku,等电点为6.36。氨基酸序列与可可、毛果杨、黄瓜、拟南芥、碧桃、葡萄和烟草等物种的MET家族成员的同源性分别为73%、77%、74%、56%、72%和68%。进化树分析表明,Hb MET氨基酸序列与毛果杨的MET亲缘关系最近。Hb MET在巴西橡胶树的根、树皮、叶、胶乳中均有表达,其中在胶乳中表达量最低;Hb MET在橡胶树自根幼态无性系的胶乳中表达比老态无性系胶乳中的表达低。     

巴西橡胶树HbRPS6-2基因的克隆与生物信息学分析

从巴西橡胶树甲基化过滤文库中筛选到一个与RPS6同源性较高的基因片段,根据该基因片段序列信息,设计特异引物,利用RACE进行特异片段的5’和3’扩增,获得长度为1 327 bp的HbRPS6-2基因克隆。生物信息学分析表明,该基因包含483 bp的开放阅读框,5’非翻译区为357 bp,3’非翻译区为475 bp,编码161个氨基酸。在HbRPS6-2氨基酸序列中没有预测到信号肽和跨膜区,二级结构分析表明其属于混合型蛋白。HbRPS6-2在N端前18个氨基酸区域内有一个较强的疏水区,但整条多肽链表现为亲水性。对15个RPS6系统进化分析发现,巴西橡胶树的RPS6-2基因与多杀性巴氏杆菌的RPS6基因亲缘关系最近,而与拟南芥和玉米等亲缘关系相对较远。