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水稻对镉、苄嘧磺隆及其复合污染的基因应答

作　者: 张小丽
导　师: 葛才林；罗时石
学　校: 扬州大学
专　业: 生物物理学
关键词: 水稻镉苄嘧磺隆复合污染基因芯片
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着磺酰脲类除草剂的广泛使用和重金属污染的不断积累,我国土壤环境正面临着苄嘧磺隆(Bensulfuron-methyl, BSM)和重金属Cd复合污染的威胁。目前关于BSM和Cd复合污染对水稻影响的分子机制尚不清楚。因此本文以水稻品种丰美占为材料,利用基因芯片、蛋白质组学等方法研究了丰美占幼苗根系对化学污染物Cd、BSM及其复合污染的基因应答和蛋白质表达,主要结果如下：1、Cd、BSM及其复合污染对丰美占生长发育的影响经5mg/L Cd处理的水稻幼苗,其根长和苗高受到明显抑制；且根长受到的抑制作用明显大于苗高；经0.1mg/L BSM处理的水稻幼苗,其根长和苗高没有受到明显影响。经相同浓度Cd-BSM复合污染处理的水稻幼苗,根长和苗高受抑制的程度明显小于Cd的单一处理,这说明BSM在一定程度上能够缓解Cd对水稻的毒害作用。2、Cd、BSM及其复合污染对丰美占根系蛋白质表达的影响蛋白质组学的研究结果表明,Cd、BSM及其复合污染对水稻幼苗根系蛋白质组有明显的影响,在许多蛋白质的表达受到抑制的同时,也有一定数量的蛋白质的表达受到显著诱导,或者表达水平显著上调。对诱导蛋白类型的质谱鉴定表明,Cd能诱导丰美占根系中F1-ATP合成酶、核酸内切酶、70kDa热激蛋白、S-腺苷半胱氨酸水解酶、依赖NAD的苹果酸脱氢酶、金属酶超家族、Rossman折叠的NAD(P)(+)结合蛋白、谷氨酰胺合成酶、磷酸腺苷激酶等蛋白质的表达。BSM能诱导丰美占根系中70kDa热激蛋白、金属酶超家族、Rossman折叠的NAD(P)(+)结合蛋白、谷氨酰胺合成酶、磷酸腺苷激酶等蛋白质的表达。而Cd-BSM复合污染能诱导丰美占根系中F1-ATP合成酶、金属酶超家族、Rossman折叠的NAD(P)(+)结合蛋白、谷氨酰胺合成酶、磷酸丙糖异构酶等蛋白质的表达。3、Cd、BSM及其复合污染对丰美占根系基因转录的影响基因芯片的分析结果表明,Cd、BSM及其复合污染能诱导丰美占根系中多种功能基因转录水平的上调(ratio≥2)。受诱导的功能基因主要有：信号受体基因、胞内信号转导基因、转录因子和转录调控基因、解毒酶或蛋白相关基因、次生物质和抗生素合成酶相关基因、病程和其它抗性蛋白基因、激素和发育调控基因、基团转移和物质运输相关基因、代谢及调控基因。Cd、BSM及其复合污染诱导的基因类型、数量和上调倍数都存在显著差异。4、丰美占根系中Cd、BSM单一处理及其复合处理诱导基因的比较丰美占根系中多数基因的转录受到Cd单一处理、BSM单一处理的共同诱导；也有一定数量的Cd、BSM单一处理特异性诱导基因,Cd单一处理特异性诱导基因主要有：较多的重金属络合和解毒基因,多个与硫吸收、转运和代谢相关的基因。而BSM单一处理特异性诱导基因主要有：更多的热休克蛋白基因,完整的乙烯信号转导途径相关基因、完整的泛素途径相关基因。在受到Cd和BSM复合处理的丰美占根系中既出现Cd单一处理的特异性诱导基因又有BSM单一处理的特异性诱导基因。复合处理中BSM特异性诱导基因的表达,应该是基因应答水平上BSM缓解Cd毒害的主要分子机制。

全文目录

中文摘要  2-4
英文摘要  4-9
主要缩写词表  9-12
1 前言  12-18
  1.1 化学污染对作物的影响及机理  12-15
    1.1.1 镉对作物的影响  12-13
    1.1.2 苄嘧磺隆对作物的影响  13-14
    1.1.3 镉-苄嘧磺隆复合污染对作物的影响  14-15
  1.2 国内外有关水稻对化学污染的基因应答研究进展  15
  1.3 基因芯片  15-16
    1.3.1 基因芯片技术简介  15-16
    1.3.2 基因芯片技术的应用  16
  1.4 本研究的内容、目的及意义  16-18
2 材料与方法  18-28
  2.1 材料  18-19
    2.1.1 植株材料  18
    2.1.2 主要试剂  18
    2.1.3 培养液  18-19
    2.1.4 主要仪器  19
  2.2 方法  19-28
    2.2.1 水稻植株的培养与处理  19-20
    2.2.2 镉、苄嘧磺隆及其复合污染对水稻生长发育影响的分析  20
    2.2.3 镉、苄嘧磺隆及其复合污染对水稻蛋白质组影响的分析  20-25
      2.2.3.1 水稻根系蛋白的提取  20-21
      2.2.3.2 蛋白质纯化和含量测定  21
      2.2.3.3 蛋白双向电泳  21-24
      2.2.3.4 差异蛋白的质谱鉴定分析  24
      2.2.3.5 数据库查询  24-25
    2.2.4 镉、苄嘧磺隆及其复合污染对水稻基因应答影响的分析  25-28
      2.2.4.1 水稻根系总RNA的提取  25
      2.2.4.2 靶标制备  25-26
      2.2.4.3 芯片杂交  26
      2.2.4.4 芯片清洗、染色、扫描  26-27
      2.2.4.5 差异转录基因的生物信息学技术分析  27-28
3 结果与分析  28-44
  3.1 镉、苄嘧磺隆及其复合污染对水稻生长发育的影响  28
  3.2 镉、苄嘧磺隆及其复合污染对水稻蛋白质组的影响  28-36
    3.2.1 丰美占对Cd、BSM及其复合污染应答的蛋白质组学分析  28-30
    3.2.2 丰美占根系差异蛋白的质谱鉴定和功能分析  30-36
  3.3 镉、苄嘧磺隆及其复合污染对水稻基因转录的影响  36-44
    3.3.1 丰美占受Cd、BSM及其复合污染转录上调基因的类型和功能  36-44
4 讨论  44-56
  4.1 Cd污染特异性诱导基因  44-48
    4.1.1 Cd污染显著诱导与重金属解毒相关基因的表达  44-47
    4.1.2 Cd污染显著诱导与硫代谢相关基因的表达  47-48
  4.2 BSM污染特异性诱导基因  48-54
    4.2.1 BSM能诱导更完整的乙烯信号转导途径  48-49
    4.2.2 BSM能显著诱导热休克蛋白的表达  49-51
    4.2.3 BSM能显著提高蛋白质的周转速率  51-53
    4.2.4 BSM能促进组蛋白的脱乙酰化  53-54
  4.3 Cd-BSM复合处理条件下诱导转录基因的总趋势  54
  4.4 基因表达水平上BSM缓解Cd毒性的分子机制  54-56
5 主要结论  56-57
参考文献  57-64
附录  64-88
致谢  88-90

水稻对镉、苄嘧磺隆及其复合污染的基因应答

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