蒙古冰草干旱胁迫差异蛋白基因的克隆及功能分析

In recent years proteomics method is more and more applied to the study of plant abiotic stress response , many new stress-tolerant protein were identified, the stress tolerance of protein gene post-translational regulation mechanism were revealed, and enhanceto understand for the abiotic stress tolerance for plant molecular of the mechanism , these work can provide a new idea for plant resistance mechanism research. .Mongolian wheatgrass (Agropyron mongolicum Keng) is xerophilous- Psammophyte species, 2n=14. and is the national secondary rare and endangered plant, need to be protected urgently as wild relatives of wheat in Desert Grassland and Typical Grassland of China. This project will be based on the previous studies, further study on the drought-resistant mechanism of Mongolian wheatgrass with the two-dimensional electrophoresis and mass spectrum technology of proteomics to analysis on expression differentail protein under drought stress, and get protein components to analyzing on sequence characteristics. The full length sequence of expression differentail protein gene will be cloned and identified their function. The study results will reveal the mongolian wheatgrass post-translational regulation mechanism of drought stress related proteins, and provide theoretical basis for the protection, development and utilization of this good forage grass.

近年来蛋白质组学方法越来越多地被应用到植物应答非生物胁迫的研究中, 鉴定出许多新的抗逆蛋白质, 揭示了参与胁迫耐受的蛋白质翻译后调控机制, 增进了对于植物耐受非生物胁迫分子机理的认识，同时为植物抗逆性机制研究提供了新的研究思路。蒙古冰草（Agropyron mongolicum Keng），2n=14，是旱生－沙生草原种，常见于干草原和荒漠草原的典型沙质环境中，是国家二级珍稀濒危植物和急需保护的农作物野生近缘种。本项目将在前期研究基础上，从蛋白质组学出发，进一步揭示蒙古冰草的抗旱机制，拟采用双向电泳技术和质谱分析技术对蒙古冰草在干旱胁迫下表达的蛋白进行差异分析，获得与干旱胁迫密切相关的蛋白质组份，进行序列分析，通过基因克隆获取重要差异蛋白基因，并进行功能验证。该项研究结果将揭示蒙古冰草参与干旱胁迫耐受的蛋白质翻译后调控机制， 为这一优良饲草的保护及开发利用奠定科学基础。

蒙古冰草（Agropyron mongolicum Keng），又名沙芦草，禾本科冰草属多年生草本植物，是我国干旱草原和荒漠地带重要的禾本科牧草，生境为沙质地或沙质草原。蒙古冰草具有较强生命力和适应性，耐风沙，耐贫瘠，根具砂套，是良好的固沙植物，也是荒漠草原和干旱草原地带退化草场补播的优良草种。本研究首次从转录组和蛋白质组学水平揭示蒙古冰草抗旱分子机制。同时,筛选重要基因进行功能验证。研究结果如下：.1. 采用高通量的RNA测序技术，对3个不同干旱处理时间的蒙古冰草进行转录组测序，最终获得92752条unigenes，平均长度在791bp~1303bp之间。其中，76.26％ unigene 在功能上能够注释。这些差异表达基因分为生物过程，分子功能和细胞组份三大类。分别涉及27969，30495和30636条unigene。其中每类中上调基因分别为16791，18363和10329条，这些基因富集在12个生物代谢通路中，如RNA运输，mRNA的监视通路和胞吞作用等；下调基因分别为7320，7500和12260条，显著富集21 KEGG途径，如光合天线蛋白，抗坏血酸代谢途径和吞噬体等。这些基因功能上显著富集了包括水解酶活性，水解-O-糖基化合物，木葡聚糖，对苯二酚，L-抗坏血酸氧化酶活性等。总之，随着干旱胁迫时间的延长，表达量上调的基因数量大于下调的基因数量。这一趋势表明这些基因对蒙古冰草干旱防御可能发挥了作用。.2. 采用iTRAQ技术对不同干旱胁迫处理时间的蒙古冰草进行蛋白质组学分析。共得到谱图318191张，通过Mascot软件进行分析后，匹配到的谱图数量是43167张，其中Unique 谱图数量为37786张，共鉴定到4105个蛋白，15126个肽段，其中含13838个Unique 肽段。对蛋白质组与转录组数据进行了数量关联分析、表达关联分析、功能关联分析。.3.克隆了蒙古冰草干旱胁迫响应基因MwDREB、 MwMYB和 MwLHCb1，并将其基因转入拟南芥进行功能验证。结果表明：MwDREB和 MwMYB基因均可提高植物抗旱性。.4.向国际生物信息中心（NCBI）提交了大量的蒙古冰草的生物学信息，登录号GSE83457。研究结果丰富了蒙古冰草物种的生物学信息，为这一优良饲草的保护及开发利用奠定了科学基础。