發(fā)布時間：2020-11-09 02:17

　　 玉米是我國第一大作物,提高玉米的抗逆性是玉米育種的重要目標(biāo)性狀之一。本實驗室前期在抗旱和抗重金屬鎘方面進(jìn)行了一些探索,利用生物信息學(xué)技術(shù)鑒定出B73玉米基因組中所有71個MAPKKK家族成員,通過RNA-Seq鑒定出其中8個基因在干旱下表達(dá)差異顯著,而相對表達(dá)量鑒定發(fā)現(xiàn)其中一個基因在干旱脅迫下的鄭單619和8個自交系中均發(fā)生顯著上調(diào),基于RNA-Seq的關(guān)聯(lián)分析驗證該基因中有7個SNP與耐旱性顯著相關(guān),推測該基因可能在玉米苗期耐旱性起到重要作用,將這個位于第8號染色體、編碼的蛋白定位于葉綠體中的新基因(GRMZM2G305066)命名為ZmMAPKKK18。此外,通過低鎘含量品種篩選試驗,發(fā)現(xiàn)京科968的母本J724是一種低鎘積累且重金屬抗性突出的品種。本研究在以上基礎(chǔ)上開展,獲得主要結(jié)果如下:1.構(gòu)建了與重度干旱脅迫相關(guān)的全長均一化的庫容為2.14×10~6cfu的B73玉米cDNA文庫。2.通過酵母雙雜交技術(shù)在cDNA文庫中發(fā)現(xiàn)34個ZmMAPKKK18的候選互作蛋白,并對這34個蛋白進(jìn)行了深入分析。3.發(fā)現(xiàn)一個與細(xì)胞壁穩(wěn)態(tài)維持等途徑相關(guān)的MAPK家族新基因(GRMZM2G162333)編碼的蛋白與ZmMAPKKK18存在互作,表明ZmMAPKKK18基因可能通過一條新的MAPK級聯(lián)反應(yīng)傳遞干旱脅迫應(yīng)答信號。4.通過代謝途徑分析和GO分析發(fā)現(xiàn)ZmMAPKKK18基因在干旱脅迫下特異性調(diào)節(jié)光合作用的光反應(yīng)階段、吲哚乙酸生物合成途徑II、嘌呤核苷酸從頭合成途徑、產(chǎn)氧光合作用及包含細(xì)胞色素c的有氧呼吸I等途徑。5.T3代ZmMAPKKK18過表達(dá)擬南芥植株在施以PEG處理后較野生型表現(xiàn)出更強(qiáng)耐旱性。6.利用iTRAQ技術(shù)系統(tǒng)地研究了玉米幼苗根系在鎘脅迫早期(12、24、48和72小時)蛋白質(zhì)組的動態(tài)變化。研究在鎘處理12、24、48、和72時后,與不處理對照對比分別鑒定出733、307、499和576個豐度差異蛋白。7.這些豐度差異蛋白的功能主要集中在核糖體活性、活性氧ROS平衡、細(xì)胞壁合成、細(xì)胞代謝、碳水化合物及能量代謝等方面。其中,核糖體蛋白途徑相關(guān)蛋白在鎘脅迫時表達(dá)尤為突出。8.在兩個以上時期中均有同趨勢表達(dá)豐度變化的有166個豐度升高蛋白和177個豐度降低蛋白(CRPs),其中14個在三個時期均發(fā)生持續(xù)變化(SCRPs),對其中9個蛋白對應(yīng)的基因進(jìn)行了基因表達(dá)水平的鑒定。這14個SCRPs可作為繼續(xù)研究鎘抗性基因的重要靶標(biāo)。
【學(xué)位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S513
【部分圖文】：

圖 1.1 植物在干旱高鹽低溫脅迫下的三大代謝信號通路（Xiong et al., 2002)Figure 1.1 Major types of signaling for plants during cold, drought, and salt stressXiong 等（2002）將這些響應(yīng)干旱高鹽低溫等逆境的信號通路分成了三種類型（圖 1.1）。圖中的 II 代表第二類，依賴 Ca2+激活 LEA 樣基因的信號通路，III 則代表了依賴 Ca2+SOS 信號通路，這一通路通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)離子平衡的進(jìn)行逆境信號的傳導(dǎo)。還有一類，就是本文中主要介紹的促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）起到重要作用的滲透脅迫/氧化脅迫信號通路，該通路通過生成抗氧化劑及可溶性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，從而保護(hù)和修復(fù)逆境給細(xì)胞帶來的各種損傷。Widmann 等（1999）的研究表明，MAPK 級聯(lián)途徑是一種廣泛存在于包括植物動物微生物等真核生物中的、在進(jìn)化上高度保守的一種重要的細(xì)胞信號傳導(dǎo)模式（Tena et.al., 2001）。該級聯(lián)途徑的傳導(dǎo)由特異性地感受到上游信號分子的刺激被激活，通過磷酸化與去磷酸化（Ichimuraet.al.,2000 ）特定氨基酸逐級活化三種絲氨酸 / 蘇氨酸磷酸蛋白激酶（ Hirt,2000 ）： MAPKKK（mitogen-activated protein kinase kinase kinase）、MAPKK（mitogen-activated protein kinase kinase）以及 MAPK，逐級放大脅迫信號，并將其傳遞到終端接收的靶蛋白，從而引起細(xì)胞內(nèi)的一系列生理生化反應(yīng)，實現(xiàn)細(xì)胞的抗逆功能（Jonak et.al., 1999; MAPK Group, 2002; Suzuki, 2002）。1.3.2.1 植物中的 MAPKKK

圖 1.2 MAPK 級聯(lián)反應(yīng)在植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的相關(guān)研究(Tsuneaki A，et al., 2002)Figure 1.2 Related studies on MAPK cascade reaction in plant signal transduction pathways (Tsuneaki A，et al., 2002)1.3.2.5 MAPK 級聯(lián)途徑與 ABA 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)早在 20 世紀(jì) 60 年代就有研究者發(fā)現(xiàn)了脫落酸（abscisic acid，ABA）以及它作為一種重要的信號分子在植物中的作用，此外，ABA 還是一種逆境激素，它在植株應(yīng)對干旱、極端溫度、高鹽、病蟲害等逆境中都發(fā)揮著重要的作用，它還與植物種子的休眠與萌發(fā)相關(guān)（Xiong et.al., 2002;Nambara ,2005; Zhang et.al., 2006; Ikegami et.al., 2009; Wright et.al., 1969）。在干旱和其他多種逆境壓力下,植物通過合成大量 ABA，通過關(guān)閉氣孔，增強(qiáng)植株水分吸收、運(yùn)輸和利用的效能達(dá)到抵御干旱及其他種類脅迫的作用。同時，ABA 含量的上調(diào)，還會誘導(dǎo) ABA效應(yīng)基因的表達(dá)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)植株的抗旱性能（張孝華等，2009; 吳金山等，2017）。ABA被認(rèn)為在干旱脅迫中起到調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)的作用。田孝威（2014）有研究表明，在輕度干旱的情況下增加 ABA 的施用可以緩解植株因干旱造成的氣孔阻力下降、蒸騰速率上升以及細(xì)胞膜破損等情況。而施加 ABA 可顯著增強(qiáng)抗旱性強(qiáng)的品種幼苗葉片的保水能力（李智念等，2003; 王瑋等，2002; Nayyar et.al., 2002）。

RNA電泳結(jié)果MW：Marker1：全植株總RNAFigure2.1RNAelectrophoresisresultsMW：Marker;1：TotalRNAofwholeplant
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本文編號：2875725