银杏雌雄株对干旱胁迫的光合特性和叶绿体蛋白响应机制

As a dioecious plant, Ginkgo is an important tree in economy and urban forestry, which is now grown in many places of China.It is considered that Ginkgo is tolerant to drought, but the related studies have mainly focused on a single sex recently.The decline of photosynthesis is common when subjected to drought stress. In the present study, female and male Ginkgo will be used under drought stress in a greenhouse experiment. Chlorplast will be purified from leaves using a Percoll density gradient, and its proteins will be extracted in TCA-acetone.After two-dimensional gel electrophoresis, drought responsive and sex-dependent proteins will be identified using mass spectra, then the cell location and function of these proteins will be elucidated through database searching. Some differentially expressed proteins and photosynthesis-related proteins will be selected for western blot. A proteomic investigation will be conducted combined with the research of photosynthetic physiology and chlorplast structure. The objects are to clarify physiological and molecular differences in photosynthetic responses of female and male Ginkgo under drought stress and different adaptive strategis. The results will not only give some clues for future identification of differentially expressed proteins and related gene cloning, but also provide scientific basis for genetic improvement and reasonable planting.

银杏作为一种雌雄异株的植物，是中国重要的经济和观赏树种，在各地广为栽植。银杏有较强的干旱适应能力，但目前研究主要集中在银杏单个性别对干旱胁迫的响应方面，并未涉及两性。光合作用下降是干旱胁迫时一种普遍现象。因此，本研究拟以雌雄银杏为研究对象，人工模拟干旱缺水胁迫，运用Percoll密度梯度离心技术分离叶绿体，TCA-丙酮法进行叶绿体蛋白质提取，双向电泳后选取干旱胁迫应答和性别特异性响应蛋白点进行质谱分析其氨基酸序列，通过数据库搜索，阐明这些蛋白点的细胞定位和功能，选择性的对差异蛋白和光合作用蛋白进行 Western blot杂交实验。结合光合生理特性和叶绿体结构性状分析，拟揭示雌雄银杏遭受干旱胁迫时性别间光合作用差异响应的生理和分子机制及采取的不同适应策略。研究结果不仅能为下一步差异蛋白功能验证和相关基因克隆提供线索，也可为品种改良和栽培种植提供科学依据。

本研究以抗旱性强的雌雄异株植物银杏为对象，人工模拟干旱胁迫，研究雌雄植株在形态结构、光合生理生化、亚细胞结构及叶绿体蛋白质组表达上的差异，以探索干旱胁迫下的性别差异及其差异机制。结果表明：（1）干旱显著抑制了银杏雌雄株的生长发育和光合作用，严重破坏了雌雄植株的抗氧化系统和光合系统。干旱胁迫下，雌性植株比雄性植株具有更高的光合速率，且具有更好的自我保护机制。因此，干旱胁迫下，银杏雌雄植株表现出明显的性别差异，相比雌雄植株间的干旱适应性和自我保护能力，雌性植株比雄性植株更适合种植于干旱地区。（2）新建立的银杏叶绿体蛋白质Tris-平衡酚抽提法与传统的TCA-丙酮沉淀法提取的银杏叶绿体蛋白质相比，有效增加了叶绿体蛋白质提取的效率和纯度，2-DE图谱背景清晰，可分辨的蛋白质点数更多。此方法提取的叶绿体蛋白质能满足后续叶绿体蛋白质组学的分析。（3）在检测到1824条独特肽段的基础上共检测到银杏叶绿体蛋白质694个，其中290个为已知蛋白。通过差异显著性分析，得到干旱胁迫下的雌雄银杏差异叶绿体蛋白121个，其中已知功能蛋白67个。（4）干旱胁迫下银杏雌雄植株叶绿体差异蛋白主要集中在代谢过程、细胞过程、结合剂活性、催化剂活性、细胞器及膜等方面的能量代谢、光合作用、信号转导、生物合成、化合物结合、抗氧化酶、细胞组分等方面。干旱胁迫下性别差异蛋白主要富集在碳代谢、光合作用、乙醛酸和二羧酸代谢及光合生物碳固定4个主要通路上。