孫潔 龐昇澤 禤維言 馮斗
摘要:【目的】研究干旱脅迫下香蕉蛋白表達(dá)情況,為探索香蕉的抗旱分子機(jī)制提供理論依據(jù)。【方法】以桂蕉1號(hào)組培苗葉片為材料,對(duì)其進(jìn)行干旱脅迫處理,運(yùn)用iTRAQ結(jié)合液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS-MS)技術(shù)對(duì)其差異蛋白進(jìn)行檢測(cè),并通過(guò)生物信息學(xué)分析對(duì)香蕉葉片蛋白質(zhì)組進(jìn)行鑒定。【結(jié)果】從干旱脅迫處理的組培苗葉片中共鑒定出1655種蛋白,其中獲得定量信息的蛋白有1023種,差異表達(dá)蛋白78種,包括上調(diào)蛋白32種和下調(diào)蛋白46種。GO生物進(jìn)程分析結(jié)果表明,78種差異表達(dá)蛋白參與了細(xì)胞過(guò)程、代謝過(guò)程、響應(yīng)刺激脅迫過(guò)程及單有機(jī)體過(guò)程等多個(gè)生物進(jìn)程。GO分子功能分析結(jié)果表明,上調(diào)蛋白主要具有催化活性功能、結(jié)合功能、抗氧化活性和功能調(diào)節(jié);下調(diào)蛋白主要具有催化活性功能和結(jié)合功能。GO富集分析結(jié)果顯示,上調(diào)蛋白主要參與過(guò)氧化氫反應(yīng)、活性氧反應(yīng)等;下調(diào)蛋白主要參與淀粉代謝、二糖代謝、蔗糖代謝、寡糖代謝、細(xì)胞碳水化合物生物合成等多個(gè)碳素代謝進(jìn)程,且其主要是質(zhì)外體、胞外區(qū)、類囊體等部位的組分,參與1,6-二磷酸果糖1-磷酸酶反應(yīng)、蔗糖磷酸酶反應(yīng)及碳水化合物磷酸酶反應(yīng)等。在氮素代謝過(guò)程中,參與甘氨酸代謝的絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶(SHMT)在線粒體中的含量明顯下降,而參與活性氧代謝的過(guò)氧化氫酶(CAT)含量明顯上升。【結(jié)論】干旱脅迫下香蕉的表達(dá)蛋白種類及數(shù)量發(fā)生明顯變化,且其抗旱機(jī)制是多種蛋白質(zhì)共同作用的結(jié)果,主要通過(guò)調(diào)節(jié)物質(zhì)和能量代謝及應(yīng)激活動(dòng)來(lái)發(fā)揮作用。
關(guān)鍵詞: 香蕉;干旱脅迫;差異表達(dá)蛋白;iTRAQ;液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS-MS)技術(shù)
中圖分類號(hào): S668.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-1191(2016)12-2020-07
Abstract:【Objective】The present experiment was conducted to study protein expression of banana under drought stress,in order to provide theoretical basis for molecular mechanism of drought resistance in banana. 【Method】Tissue-cultured seedlings of Guijiao 1 were treated by drought stress. Then differentially expressed proteins in leaf of banana were detected using iTRAQ and liquid chromatography-mass spectrometry(LC-MS-MS) technology, and identified based on bioinformatics analysis. 【Result】A total of 1655 proteins were identified from leaves of tissue-cultured seedlings treated by drought stress, 1023 of which were quantified, but only 78 differentially expressed proteins were found, including 32 up-regulated proteins and 46 down-regulated proteins. The gene ontology(GO) annotation and analysis of biological processes showed that, 78 differentially expressed proteins were mainly involved in multiple biological processes, such as cellular process, metabolic process, response to stimulus and single-organism process. GO annotation and analysis of molecular function indicated that, the up-regulated proteins mainly had catalytic activity, binding function, antioxidant activity and molecular function regulation, while the down-regulated proteins mainly had catalytic activity and binding function. GO enrichment analysis showed that, the up-regulated proteins were mainly involved in reactions with hydrogen peroxide and reactions with reactive oxygen, the down-regulated proteins were mainly involved in many carbon metabolism processes,including starch metabolism, disaccharide metabolism, sucrose metabolism, oligosaccharide metabolism and cellular carbohydrate biosynthesis, and which were constituents of apoplast and extracellular region, thylakoid and so on, and mainly involved in reactions catalyzed by fructose-1,6-diphosphate 1-phosphatase, sucrose phospholylase, carbohydrate phospholylase. In several nitrogen metabolism process, content of serine hydroxymethyl transferase(SHMT) involved in glycine metabolism declined obviously in mitochondria, however, varieties of catalase(CAT) involved in reactive oxygen metabolism rose obviously. 【Conclusion】Under drought stress, kinds and amounts of expressed proteins in banana leaf change obviously, mechanism of drought resistance is result of interactions between various proteins, and primarily plays an role by regulating substance metabolism, energy metabolism and stress response.
Key words: banana; drought stress; differentially expressed protein; iTRAQ; liquid chromatography-mass spectrometry(LC-MS-MS) technology
0 引言
【研究意義】干旱是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育最主要的逆境因子,每年由于干旱脅迫給農(nóng)業(yè)造成的損失相當(dāng)于其他所有環(huán)境因子脅迫造成損失的總和(孫存華等,2005)。干旱脅迫下,植物生長(zhǎng)發(fā)育受到不同程度的影響,植物基因表達(dá)發(fā)生改變,如與抗性相關(guān)的基因被誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào),但還有部分基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯過(guò)程受到抑制甚至關(guān)閉,導(dǎo)致其編碼的蛋白無(wú)法正常合成(申永鋒等,2007)。因此,干旱脅迫下差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究對(duì)闡明脅迫傷害機(jī)制及植物響應(yīng)機(jī)制具有重要意義?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】Salekdeh等(2002)利用雙向電泳技術(shù)檢測(cè)干旱脅迫下水稻葉片蛋白,結(jié)果發(fā)現(xiàn)42種差異蛋白,其中多個(gè)參與抗氧化反應(yīng)、光合作用、能量代謝和細(xì)胞骨架等過(guò)程。張潔等(2007)在冬小麥抗旱性研究中發(fā)現(xiàn)66.2 kD的D-應(yīng)答蛋白,將該蛋白作為抗旱性鑒定指標(biāo)。Xu和Huang(2010)對(duì)兩種匍匐翦股穎進(jìn)行干旱處理,對(duì)其葉片蛋白進(jìn)行雙向電泳,共鑒定出46種蛋白質(zhì),并發(fā)現(xiàn)一些參與基礎(chǔ)碳氮循環(huán)的蛋白質(zhì)豐度均有所下降,而抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)等抗氧化酶蛋白豐度上升,表明一些參與細(xì)胞膜合成、細(xì)胞壁松動(dòng)、抗氧化防御及維持細(xì)胞膨壓的蛋白在多年生草響應(yīng)水分脅迫中發(fā)揮重要作用。Aranjuelo等(2011)從植物生理學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)水平研究了苜宿葉片對(duì)干旱脅迫的響應(yīng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)干旱脅迫導(dǎo)致葉片中Rubisco結(jié)合蛋白含量下降,蛋白酶表達(dá)上升,Rubisco蛋白被降解,致使Rubisco衍生的氮素用于脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成,并向主根輸送,以提高植株抗旱性,其次,干旱脅迫誘導(dǎo)Rubisco的降解,利用Rubisco衍生的氮素彌補(bǔ)根瘤固氮酶固氮量的不足,可能是苜宿適應(yīng)干旱脅迫的另一種途徑。目前,已有大量研究證實(shí)干旱對(duì)香蕉的品質(zhì)和產(chǎn)量有較大影響,但有關(guān)香蕉抗旱性的研究主要集中在光合作用(黃鶴麗等,2009a)、膜系統(tǒng)(黃鶴麗等,2009b)、滲透調(diào)節(jié)、植株形態(tài)(王蕊等,2010)、酶活性(劉晚茍和吳華偉,2011)、激素調(diào)節(jié)(何娟等,2013)等方面。此外,對(duì)香蕉抗旱基因ASR(王園,2010)、MaASR1(張麗麗,2012;苗紅霞等,2014)和MaMYB(邢文婷,2014)等也進(jìn)行了深入研究。【本研究切入點(diǎn)】目前,鮮見(jiàn)有關(guān)香蕉在干旱脅迫下差異蛋白質(zhì)組學(xué)的文獻(xiàn)報(bào)道?!緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用iTRAQ結(jié)合液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS-MS)技術(shù)對(duì)干旱脅迫下香蕉蛋白表達(dá)情況進(jìn)行研究,從蛋白質(zhì)水平上對(duì)香蕉的抗旱分子機(jī)理進(jìn)行探討,以期為香蕉抗旱育種提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1. 1 試驗(yàn)材料
供試材料為桂蕉1號(hào)組培苗,由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。iTRAQ Kit購(gòu)自AB SCIEX公司;測(cè)序級(jí)胰蛋白酶購(gòu)自Promega公司;乙醇、丙烯腈、乙腈購(gòu)自Fisher Chemical公司;三氟乙酸購(gòu)自Sigma-Aldrich公司;2D-Quant Kit定量試劑盒購(gòu)自GE Healthcare公司。主要儀器設(shè)備:Q Exactive質(zhì)譜儀(Thermo ScientificTM公司)。
1. 2 試驗(yàn)方法
1. 2. 1 干旱脅迫處理 取長(zhǎng)勢(shì)健壯均一的6葉1心期杯栽香蕉組培幼苗,移栽至大桶中進(jìn)行盆栽培養(yǎng),土壤選用當(dāng)?shù)鼐哂写硇缘募t壤,在土壤相對(duì)水含量80%~70%的條件下培養(yǎng)40 d后,設(shè)置80%~70%(T1,對(duì)照)、70%~65%(T2)、65%~60%(T3)、60%~55%(T4)、55%~50%(T5)5個(gè)土壤水分處理,每處理4個(gè)重復(fù),干旱脅迫處理10 d,采集組培幼苗倒2葉,將處理組T2、T3、T4和T5的葉片混合后取樣用于后續(xù)試驗(yàn)(Yang et al.,2012)。
1. 2. 2 蛋白質(zhì)提取 取混合的香蕉組培苗葉片0.5 g,液氮下研磨成粉,加入4倍體積裂解液(8 mol/L尿素,1% TritonX-100,65 mmol/L DTT,0.1%蛋白酶抑制劑),冰上超聲處理3次;于4 ℃ 20000×g離心10 min,取上清液;加入適量預(yù)冷的15%TCA丙酮溶液,-20 ℃沉淀2 h;于4 ℃ 20000×g離心10 min,棄上清液;預(yù)冷丙酮洗滌,3次重復(fù);復(fù)溶于含0.1 mol/L TEAB的緩沖液中。最后,使用2D-Quant Kit定量試劑盒進(jìn)行蛋白質(zhì)定量。
1. 2. 3 iTRAQ定量 每處理取100 μg蛋白質(zhì),胰蛋白酶消化后,肽段用Strata X C18 SPE柱脫鹽,分別用分子質(zhì)量為117和118的基團(tuán)標(biāo)記對(duì)照組,分子質(zhì)量為119和121的基團(tuán)標(biāo)記處理組。
1. 2. 4 數(shù)據(jù)庫(kù)檢索 通過(guò)Q Exactive質(zhì)譜儀獲得MS-MS質(zhì)譜信息,利用Mascot Search Engine在Uniprot_ Musa acuminata數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行信息搜索。
2 結(jié)果與分析
2. 1 差異表達(dá)蛋白鑒定結(jié)果
利用Uniprot_Musa acuminata數(shù)據(jù)庫(kù)共鑒定出1655種蛋白,其中獲得定量信息的蛋白1023種。蛋白相對(duì)定量比值高于1.30或低于0.77,當(dāng)t檢驗(yàn)值P小于0.05時(shí),共獲得78種差異表達(dá)蛋白(上調(diào)蛋白32種,下調(diào)蛋白46種),其中,已鑒定出具體名稱的差異表達(dá)蛋白8種(表1)。利用Uniprot_Musa acuminata數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)已鑒定出的8種差異表達(dá)蛋白進(jìn)行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)位于香蕉葉片細(xì)胞線粒體上的絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶(SHMT)含量明顯下降,由于其主要參與N5,N10-亞甲基四氫葉酸+絲氨酸+H2O→四氫葉酸+L-絲氨酸反應(yīng)過(guò)程,會(huì)直接導(dǎo)致L-絲氨酸含量下降,而L-絲氨酸是生命活動(dòng)必需物質(zhì),因此干旱脅迫下香蕉幼苗生命活動(dòng)受到明顯抑制。此外,線粒體SHMT具有離子結(jié)合、一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移、輔因子結(jié)合等分子功能,主要參與非生物脅迫的響應(yīng)刺激、細(xì)胞代謝、有機(jī)物質(zhì)代謝等生物進(jìn)程,由此證實(shí)香蕉幼苗抗旱機(jī)制具有多樣性。
2. 2 GO生物進(jìn)程分析結(jié)果
運(yùn)用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)篩選獲得的32種上調(diào)蛋白和46種下調(diào)蛋白進(jìn)行GO生物進(jìn)程分類,其中22個(gè)上調(diào)蛋白和32個(gè)下調(diào)蛋白能找到對(duì)應(yīng)的分類號(hào)。分析結(jié)果如表2所示,已注釋生物進(jìn)程的上調(diào)蛋白主要參與響應(yīng)刺激脅迫過(guò)程(GO:0050896)、細(xì)胞過(guò)程(GO:0009987)、代謝過(guò)程(GO:0008152)及單有機(jī)體過(guò)程(GO:0044699),還涉及發(fā)育過(guò)程(GO:0032502)、多細(xì)胞有機(jī)體過(guò)程(GO:003250)、細(xì)胞定位(GO:0051179)、多有機(jī)體過(guò)程(GO:0051704)、細(xì)胞組分組織發(fā)生(GO:0071840)及生物學(xué)調(diào)節(jié)(GO:0065007)等生物學(xué)進(jìn)程,其中響應(yīng)刺激脅迫過(guò)程和細(xì)胞過(guò)程類別所占差異表達(dá)蛋白的比例較大,分別占上調(diào)差異表達(dá)蛋白總數(shù)的24.14%和17.24%;已注釋生物進(jìn)程的下調(diào)蛋白主要參與細(xì)胞過(guò)程(GO:0009987)、代謝過(guò)程(GO:0008152)、單有機(jī)體過(guò)程(GO:0044699)及響應(yīng)刺激脅迫過(guò)程(GO:0050896),還涉及生物學(xué)調(diào)節(jié)(GO:0065007)、多有機(jī)體過(guò)程(GO:0051704)及細(xì)胞組分組織發(fā)生(GO:0071840)等生物學(xué)進(jìn)程,其中細(xì)胞過(guò)程類別和代謝過(guò)程類別所占差異表達(dá)蛋白的比例較大,分別占下調(diào)蛋白總數(shù)的25.23%和22.43%。
綜合分析發(fā)現(xiàn),參與細(xì)胞過(guò)程和代謝過(guò)程類別的總差異表達(dá)蛋白數(shù)量較多,分別為37和33種;參與光合電子傳遞鏈的差異表達(dá)蛋白共3種,占細(xì)胞過(guò)程類別差異表達(dá)蛋白總數(shù)的8.11%;參與光合作用的差異表達(dá)蛋白共10種,占代謝過(guò)程類別差異表達(dá)蛋白總數(shù)的30.30%,表明在干旱脅迫下香蕉幼苗的光合作用受影響較大。此外,參與淀粉代謝、二糖代謝、蔗糖代謝、寡糖代謝、細(xì)胞碳水化合物生物合成、葡聚糖代謝和多糖代謝的差異表達(dá)蛋白均為3個(gè),分別占代謝過(guò)程類別差異表達(dá)蛋白總數(shù)的8.11%,表明干旱脅迫對(duì)香蕉體內(nèi)的能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)化有較大影響,且影響范圍較大。此外,研究還發(fā)現(xiàn),共有14種上調(diào)蛋白和16種下調(diào)蛋白參與了香蕉的響應(yīng)刺激脅迫過(guò)程且發(fā)生變化,表明受到干旱脅迫時(shí),香蕉體內(nèi)的蛋白質(zhì)應(yīng)激性機(jī)制反應(yīng)明顯。
2. 3 GO分子功能分析結(jié)果
運(yùn)用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)篩選獲得的32種上調(diào)蛋白和46種下調(diào)蛋白進(jìn)行GO分子功能分類,其中28種上調(diào)蛋白和46種下調(diào)蛋白能找到對(duì)應(yīng)的分類號(hào)。分析結(jié)果如表3所示,已注釋分子功能的上調(diào)蛋白主要具有催化活性功能(GO:0003824)、結(jié)合功能(GO:0005488)、抗氧化活性(GO:0016209)和功能調(diào)節(jié)(GO:0098772),少數(shù)蛋白具有結(jié)構(gòu)分子活性(GO:0005198)與轉(zhuǎn)運(yùn)活性(GO:0005215),其中催化活性功能和結(jié)合功能所占比例較大,均占上調(diào)差異表達(dá)蛋白總數(shù)的38.46%;已注釋分子功能的下調(diào)蛋白主要具有催化活性功能(GO:0003824)和結(jié)合功能(GO:0005488),少數(shù)蛋白具有電子載體活性(GO:0009055),其中催化活性功能和結(jié)合功能所占比例較大,分別占下調(diào)差異表達(dá)蛋白總數(shù)的50.82%和40.98%。因此,具有催化活性功能和結(jié)合功能的差異表達(dá)蛋白分別占差異表達(dá)蛋白總數(shù)的47.13%和40.23%。其中具有輔因子結(jié)合功能的差異表達(dá)蛋白有9種,占結(jié)合功能類別差異表達(dá)蛋白總數(shù)的22.50%。表明干旱脅迫對(duì)香蕉幼苗葉片中酶活性有較大影響,進(jìn)而影響其正常的生理代謝活動(dòng)。
2. 4 GO富集分析
運(yùn)用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)篩選獲得的32種上調(diào)蛋白和46種下調(diào)蛋白進(jìn)行GO富集分析。其中,對(duì)上調(diào)蛋白進(jìn)行生物進(jìn)程GO富集分析結(jié)果如圖1-A所示,其主要參與過(guò)氧化氫反應(yīng)(GO:0042542)和活性氧反應(yīng)(GO:0000302)等,表明干旱促使香蕉幼苗葉片中H2O2等活性氧有害物質(zhì)含量上升,進(jìn)而引起香蕉幼苗體內(nèi)CAT含量上升,從而形成新的響應(yīng)機(jī)制。對(duì)下調(diào)蛋白進(jìn)行生物進(jìn)程、細(xì)胞組分、分子功能的GO富集分析,結(jié)果如圖1-B所示。其中,生物進(jìn)程的富集分析結(jié)果顯示,下調(diào)蛋白主要參與淀粉代謝(GO:0005982)、二糖代謝(GO:0005984)、蔗糖代謝(GO:0005985)、寡糖代謝(GO:0009311)、細(xì)胞碳水化合物生物合成(GO:0034637)等過(guò)程。細(xì)胞組分的富集分析結(jié)果顯示,下調(diào)蛋白主要位于質(zhì)外體(GO:0048046)、胞外區(qū)(GO:0005576)及類囊體(GO:0009579)等部位。分子功能的富集分析結(jié)果顯示,下調(diào)蛋白主要參與1,6-二磷酸果糖1-磷酸酶反應(yīng)(GO:0042132)、蔗糖磷酸酶反應(yīng)(GO:0050308)及碳水化合物磷酸酶反應(yīng)(GO:0019203)等。綜上所述,干旱脅迫下,香蕉幼苗葉片中參與物質(zhì)代謝和能量循環(huán)的蛋白質(zhì)表達(dá)量明顯下降。
3 討論
iTRAQ技術(shù)是美國(guó)應(yīng)用生物系統(tǒng)公司于2004年推出的一項(xiàng)新的同位素標(biāo)記技術(shù)(Ross et al.,2004),為低豐度蛋白定性和定量研究提供了有效的方法。大量研究證實(shí),運(yùn)用iTRAQ結(jié)合LC-MS-MS技術(shù)可同時(shí)分離和鑒定成百上千的蛋白質(zhì),最大程度地得到蛋白質(zhì)組的“全組信息”(王林纖等,2010),并能發(fā)現(xiàn)一些低豐度的差異表達(dá)蛋白。本研究共鑒定出1655種蛋白,其中已獲得定量信息的蛋白1023種,差異表達(dá)蛋白78種,高于利用雙向電泳技術(shù)在香蕉葉片中檢測(cè)出的差異表達(dá)蛋白數(shù)量(祁君鳳,2010)。
GO注釋是一個(gè)重要的生物信息學(xué)分析方法,用于統(tǒng)一表示基因和基因產(chǎn)物在所有物種中的屬性,其原理就是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序建立基因產(chǎn)物與用于定義它們的本體論詞條間的聯(lián)系(黃子夏等,2012)。1998年,基因本體論項(xiàng)目(Gene Ontology Project)被創(chuàng)立(Harris et al.,2004),該項(xiàng)目對(duì)基因功能進(jìn)行了一致性描述,開(kāi)發(fā)了可控制的詞匯表,且無(wú)物種特異性。秦志英(2013)運(yùn)用iTRAQ技術(shù)分離和鑒定了BNS不育系在不育條件和可育條件下花藥不同發(fā)育時(shí)期的蛋白質(zhì),從細(xì)胞組分、分子功能和生物進(jìn)程3個(gè)方面進(jìn)行GO注釋和分析,結(jié)果顯示83種差異表達(dá)蛋白中有56種具有生物學(xué)途徑GO注釋。本研究中,主要從生物進(jìn)程和分子功能兩個(gè)方面進(jìn)行分析注釋。生物進(jìn)程的GO分類結(jié)果顯示,差異表達(dá)蛋白參與了香蕉幼苗葉片中的響應(yīng)刺激過(guò)程、細(xì)胞過(guò)程、代謝過(guò)程、單有機(jī)體過(guò)程、生物學(xué)調(diào)節(jié)、多有機(jī)體過(guò)程和細(xì)胞組分組織發(fā)生過(guò)程等生物進(jìn)程。由此推斷,在干旱脅迫下,香蕉幼苗葉片中的應(yīng)激機(jī)制啟動(dòng),通過(guò)生長(zhǎng)環(huán)境與體內(nèi)代謝活動(dòng)的相互作用,經(jīng)過(guò)多重生物進(jìn)程的改變,將干旱脅迫帶來(lái)的損失降到最低。此外,王忠(2000)和張仁和等(2011)研究表明,抗旱玉米品種具有較高的電子傳遞效率,其是抗旱的光合特征之一,干旱脅迫能降低植物的光合速率及葉綠體對(duì)光能的吸收能力和轉(zhuǎn)化效率,也能降低光合電子傳遞速率和磷酸化活力,從而影響光合碳同化。本研究也發(fā)現(xiàn),參與光合電子傳遞鏈和光合作用的差異表達(dá)蛋白分別有3種和10種,分別占細(xì)胞過(guò)程類別差異表達(dá)蛋白總數(shù)的8.11%和代謝過(guò)程類別差異表達(dá)蛋白總數(shù)的30.30%,表明在干旱脅迫下,香蕉幼苗的光合作用受影響較大。
本研究在已鑒定的蛋白中發(fā)現(xiàn)了線粒體SHMT,其含量在干旱脅迫下明顯降低,直接影響絲氨酸轉(zhuǎn)化過(guò)程,導(dǎo)致香蕉無(wú)法正常生長(zhǎng)發(fā)育。Bauwe和Kolukisaoglu(2003)研究發(fā)現(xiàn),SHMT在高等植物的一碳代謝和光呼吸中發(fā)揮重要作用,主要功能是在蛋白質(zhì)和嘌呤的生物合成中提供甘氨酸,并為C1庫(kù)提供N5,N10-亞甲基四氫葉酸。若植物缺少SHMT會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的生長(zhǎng)遲緩(馬莉和陳麗梅,2008),可見(jiàn)SHMT在植物中具有重要的生理功能。目前,GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中已收錄了35種以上的SHMT序列,其在香蕉體內(nèi)的作用機(jī)理需進(jìn)一步探究。此外,本研究還發(fā)現(xiàn),干旱脅迫可引起香蕉幼苗葉片中H2O2等活性氧有害物質(zhì)含量上升,導(dǎo)致CAT含量的增加,表明香蕉自身存在調(diào)控應(yīng)激機(jī)制,對(duì)干旱脅迫具有一定的抵抗力。由此推測(cè),植物的抗旱機(jī)制可在一定程度上緩解干旱脅迫帶來(lái)的傷害,如高粱以CAT為主要抗氧化酶,具有較強(qiáng)的抗旱、傷害修復(fù)及超補(bǔ)能力,水分脅迫下高粱CAT活性明顯增加(邵艷軍,2006)。但不同植物的抗旱機(jī)制存在差異,仍需進(jìn)一步探究。
4 結(jié)論
干旱脅迫下香蕉的表達(dá)蛋白種類及數(shù)量發(fā)生明顯變化,且其抗旱機(jī)制是多種蛋白質(zhì)共同作用的結(jié)果,主要通過(guò)調(diào)節(jié)物質(zhì)和能量代謝及應(yīng)激活動(dòng)來(lái)發(fā)揮作用。
參考文獻(xiàn):
何娟,李茂富,吳凡,李紹鵬,周雙云. 2013. 干旱脅迫下香蕉幼苗對(duì)外源ALA的生理響應(yīng)[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),44(5):745-750.
He J,Li M F,Wu F,Li S P,Zhou S Y. 2013. Physiological response of banana seedling to exogenous ALA under drought stress[J]. Journal of Southern Agriculture,44(5):745-750.
黃鶴麗,林電,章金強(qiáng),孫恪志. 2009a. 水分脅迫對(duì)巴西香蕉幼苗葉片生理特性的影響[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào),30(4):485-488.
Huang H L,Lin D,Zhang J Q,Sun K Z. 2009a. Effect of water stress and flooding on leaf physiological characteristics in Brazil banana seedling[J]. Chinese Journal of Tropical Crops,30(4):485-488.
黃鶴麗,林電,章金強(qiáng),孫恪志. 2009b. 水分脅迫對(duì)巴西香蕉幼苗水分狀況、質(zhì)膜透性和根系活力的影響[J]. 基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué),28(4):740-744.
Huang H L,Lin D,Zhang J Q,Sun K Z. 2009b. Effect of water stress and flooding on water state,membrane permeability and root activity in Brazil banana seedling[J]. Genomics and Applied Biology,28(4):740-744.
黃子夏,柯才煥,陳軍. 2012. 大規(guī)模GO注釋的生物信息學(xué)流程[J]. 廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),51(1):139-142.
Huang Z X,Ke C H,Chen J. 2012. Bioinformatics procedure of large-scale GO annotation[J]. Journal of Xiamen University (Natural Science),51(1):139-142.
劉晚茍,吳華偉. 2011. 水分脅迫對(duì)香蕉幼苗保護(hù)酶活性的影響[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué),31(12):46-48.
Liu W G,Wu H W. 2011. Effects of water stress on activities of protective enzymes in banana seedlings[J]. Chinese Journal of Tropical Crops,31(12):46-48.
馬莉,陳麗梅. 2008. 植物絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶基因研究進(jìn)展[J]. 生物技術(shù)通報(bào),(2):15-19.
Ma L,Chen L M. 2008. The research advances on serine hydro-
xymethyl transferase gene in plants[J]. Biotechnology Bulletin,(2):15-19.
苗紅霞,王園,徐碧玉,劉菊華,賈彩紅,張建斌,王卓,孫佩光,金志強(qiáng). 2014. 香蕉MaASR1基因的抗干旱作用[J]. 植物學(xué)報(bào),49(5):548-559.
Miao H X,Wang Y,Xu B Y,Liu J H,Jia C H,Zhang J B,Wang Z,Sun P G,Jin Z Q. 2014. The role of banana MaASR1 in drought stress tolerance[J]. Chinese Bulletin of Botany,49(5):548-559.
祁君鳳. 2010. 低溫脅迫香蕉葉片SSH文庫(kù)的構(gòu)建及其差異蛋白的初步研究[D]. 海口:海南大學(xué).
Qi J F. 2010. Banana leaves of low temperature stress SSH library construction and differential protein study[D]. Haikou:Hainan University.
秦志英. 2013. 基于iTRAQ技術(shù)的小麥BNS雄性不育差異表達(dá)蛋白分離鑒定與分析[D]. 新鄉(xiāng):河南科技學(xué)院.
Qin Z Y. 2013. Separation,identification and analysis of diffe-
rential expressed proteins of wheat BNS male sterility line based on iTRAQ method[D]. Xinxiang:Henan Institute of Science and Technology.
邵艷軍,山侖,李廣敏. 2006. 干旱脅迫與復(fù)水條件下高粱、玉米苗期滲透調(diào)節(jié)及抗氧化比較研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),14(1):68-70.
Shao Y J,Shan L,Li G M. 2006. Comparison of osmotic regulation and antioxidation between sorghum and maize seedlings under soil drought stress and water recovering conditions[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture,14(1):68-70.
申永鋒,趙錦,劉孟軍. 2007. 雙向電泳技術(shù)及其在植物抗性研究中的應(yīng)用[J]. 河北林果研究,22(4): 351-354.
Shen Y F,Zhao J,Liu M J. 2007. Two-dimensional electrophoresis and application on plant resistance research[J]. Hebei Journal of Forestry and Orchard Research,22(4):351-354.
孫存華,李揚(yáng),賀鴻雁,孫東旭,杜偉,鄭曦. 2005. 藜對(duì)干旱脅迫的生理生化反應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),25(10):2556-2561.
Sun C H,Li Y,He H Y,Sun D X,Du W,Zheng X. 2005. Physio-
logical and biochemical responses of Chenopodium album to drought stresses[J]. Acta Ecologica Sinica,25(10):2556-2561.
王林纖,戴勇,涂植光. 2010. iTRAQ標(biāo)記技術(shù)與差異蛋白質(zhì)組學(xué)的生物標(biāo)志物研究[J]. 生命的化學(xué),30(1):135-140.
Wang L X,Dai Y,Tu Z G. 2010. iTRAQ labeling and biomarker discovery in comparative proteomic studies[J]. Chemistry of Life,30(1):135-140.
王蕊,李新國(guó),李紹鵬,王令霞,黃綿佳. 2010. 干旱脅迫下2種香蕉幼苗葉片和根的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化[J]. 基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué),29(3):518-522.
Wang R,Li X G,Li S P,Wang L X,Huang M J. 2010. Changes of drought stress on main osmotic adjustment substance in leaves and roots of two banana plantlets[J]. Genomics and Applied Biology,29(3):518-522.
王園. 2010. 香蕉ASR基因抗逆功能的研究[D]. 海口:海南大學(xué).
Wang Y. 2010. Study of function of MaASR1 tolerance to drought and salt resistance[D]. Haikou:Hainan University.
王忠. 2000. 植物生理學(xué)[M]. 北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社.
Wang Z. 2000. Plant Physiology[M]. Beijing:China Agriculture Press.
邢文婷. 2014. 香蕉MaMYB基因克隆及抗旱功能研究[D]. ??冢汉D洗髮W(xué).
Xing W T. 2014. Cloning and function analysis of MaMYB drought resistant[D]. Haikou:Hainan University.
張潔,謝惠民,呂樹(shù)作,王宏禮. 2007. 水分脅迫條件下冬小麥幼苗應(yīng)答蛋白的表達(dá)及其與品種抗旱性的關(guān)系[J]. 麥類作物學(xué)報(bào),27(2):303-308.
Zhang J,Xie H M,Lü S Z,Wang H L. 2007. Relationship between drought resistance and response protein of winter wheat during seedling stage under water stress[J]. Journal of Triticeae Crops,27(2):303-308.
張麗麗. 2012. 香蕉轉(zhuǎn)錄因子基因-MaASR1提高擬南芥抗旱能力的調(diào)控機(jī)理研究[D]. ??冢汉D洗髮W(xué).
Zhang L L. 2012. The regulation mechanism of banana transcription factor gene-MaASRl for improving the drought resistance of Arabidopsis[D]. Haikou:Hainan University.
張仁和,鄧友軍,馬國(guó)勝,張興華,路海東,史俊通,薛吉全.2011. 干旱脅迫對(duì)玉米苗期葉片光合作用和保護(hù)酶的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),31(5):1303-1311.
Zhang R H,Deng Y J,Ma G S,Zhang X H,Lu H D,Shi J T,Xue J Q. 2011. Effects of drought stress on photosynthetic sraits and protective enzyme activity in maize seedling[J].Acta Ecologica Sinica,31(5):1303-1311.
Aranjuelo I,Molero G,Erice G,Avice J C,Nogues S. 2011. Plant physiology and proteomics reveals the leaf response to drought in alfalfa(Medicago sativa L.)[J]. Journal of Experimental Botany,62(1):111-123.
Bauwe H,Kolukisaoglu U. 2003. Genetic manipulation of glycine decarboxylation[J]. Journal of Experimental Botany,54(387):1523-1535.
Harris M A,Clark J,Ireland A. 2004. The gene ontology(GO) database and informatics resources[J]. Nucleic Acids Research,32(S1):258-261.
Ross P L,Huang Y N,Marchese J N. 2004. Multiplexed protein quantitation in Saccharomyces cerevisiae using amine-reactive isobaric tagging reagents[J]. Mol Cell Proteomic,3(12):1154-1169.
Salekdeh G H,Siopongco J,Wade L J,Ghareyazie B,Bennett J.2002. Proteomic analysis of rice leaves during drought stress and recovery[J]. Proteomics,2(9):1131-1145.
Xu C,Huang B. 2010. Differential proteomic responses to water stress induced by PEG in two creeping bentgrass cultivars differing in stress tolerance[J]. Journal of Plant Physiology,167(17):1477-1485.
Yang Q S,Wu J H,Li C Y,Sheng O,Hu C H,Kuang R B,Huang Y H,Peng X X,McCardle J A,Chen W,Yang Y,Rose J K,Zhang A,Yi G J. 2012. Quantitative proteomic analysis reveals that antioxidation mechanisms contribute to cold tolerance in plantain(Musa paradisiaca L.;ABB Group) seedings[J]. The American Society for Biochemistry and Molecular Biology,11(12):1853-1869.
(責(zé)任編輯 陳 燕)