小麦叶绿体蛋白组对干旱胁迫响应的研究

Physiological studies of resistance in plant are one of the international researches, espically in the resistant mechanism of the crop. At present, how to improve the crop tolerance and increase their yields is a key problem to agricultural research. Water stress as the most common abiotic stress may bring a lot of harm to crop.Photosynthetic apparatus of higher plant is one of the most sensitive components under water stress, and PSI/PSII proteins in photosynthesis are most sensitive to environmental stress. Although some papers had studied the relationship between plastid proteins and environmental stress, but there are a few research involved in crop resistance and chloroplast protein phosphorylation /dephosphorylation,positioning and migration of subcellular organelles, photosynthetic protein complex structures. We will study the relation between difference of plastid protein concent and phosphorylation/dephosphorylation level and crop resistance in wheat with different drought resistance. At the same time, our study also will investigate deeply plastid protein complex structures and subcellular localization. Our project aims to enrich molecular marker for screening of corp resistance and the physiological and biochemical studies related to photosynthesis,and further to provides new theoretical guidance to improve crop drought resistance and photosynthetic efficiency.

植物抗逆性生理研究是国际研究热点之一，特别是农作物的抗逆性机理研究。如何提高农作物的抗逆性，从而增加作物的产量，是目前农业研究亟需解决的关键问题。水分胁迫作为一种最普通的非生物胁迫，它对作物的伤害是多方面的。高等植物的光合器官是对水分胁迫最敏感的部位之一，而植物光系统蛋白又是光合作用机构中对环境胁迫最敏感的组分。目前尽管有一些报道研究了叶绿体蛋白与环境胁迫的关系，但关于叶绿体蛋白的磷酸化、去磷酸化、亚细胞器定位和迁移、光合蛋白复合物结构与作物抗性的研究还鲜有报道。本研究拟探讨干旱抗性不同小麦品种叶绿体蛋白（蛋白组）含量变化，磷酸化、去磷酸化水平（磷酸化蛋白组）的差异与作物抗性之间的关系，同时深入到叶绿体蛋白复合物结构和亚细胞器定位水平。该研究将丰富作物抗性分子标记的筛选和作物光合作用相关生理、生化研究，并进一步为提高作物抗旱性和光合效率提供新的理论依据。

在自然条件下，植物经常会遭到各种环境胁迫，例如低温、盐胁迫、干旱以及热胁迫等。水分胁迫作为一种最普通的非生物胁迫，能诱导许多生理生化和分子应答，是一种最重要的抑制光合作用的环境因子。目前已经有了一些关于叶绿体蛋白与环境胁迫关系的研究，但关于叶绿体蛋白的磷酸化、去磷酸化与植物抗逆机理的研究还鲜有报道。小麦作为我国第二大粮食作物，其产业的发展直接关系到国家粮食安全和社会稳定，故了解植物的抗旱机理对提高植物的抗旱性及发育新的抗旱植物至关重要。本研究探讨了抗旱性不同小麦生理生化及光合蛋白含量变化、磷酸化、去磷酸化水平的差异与作物抗性之间的关系。这些研究成果将为提高作物的抗旱性和光合效率提供新的理论依据。. 本项目首先比较了四川省种植的部分小麦品种（川麦42、绵阳15、绵阳11、川农19、矮抗58、周麦21、Sy95-71）的抗旱性，通过比较芽期、苗期各指标隶属值平均值的大小来确定小麦品种抗旱性的强弱。结果表明：芽期7个小麦品种的抗旱性为：川麦42﹥川农19﹥矮抗58﹥绵阳11﹥周麦21﹥绵阳15﹥Sy95-71。在苗期，抗旱性依次为：川麦42﹥矮抗58﹥川农19﹥周麦21﹥绵阳11﹥绵阳15﹥Sy95-71。因此，本研究选用川麦42作为抗旱材料，Sy95-71作为敏感材料。. 在上述基础上，本项目进一步研究了不同抗旱性小麦在干旱胁迫下的生理生化及光合特性的变化。结果表明：水分胁迫后，川麦42的叶绿素荧光和抗氧化酶活性均高于Sy95-71。与Sy95-71相比，川麦42在水分胁迫后积累了较低水平的活性氧。此外，在水分胁迫下，相比较Sy95-71，川麦42有更强的类囊体膜蛋白磷酸化水平和较小的类囊体结构损伤。因此，本研究表明，类囊体膜蛋白磷酸化及抗氧化酶系统在植物应答水分胁迫中起着重要作用。本研究为从光合作用方面来提高作物的抗旱性提供了新的思路和理论基础。