外源腐胺调控盐胁迫下黄瓜类囊体膜蛋白适应性变化的作用机制

As the soil salinization in protected cultivation was serious, often leading to photosynthesis inhibition and limiting plant growth, the present study was conducted in nutrient solution to investigate the mechanism of exogenous Put on adaptive changes of thylakoid membrane proteins in cucumber seedlings under salt stress. Blue native polyacrylamide gel electrophoresis was used to separate the thylakoid membrane proteins, combined with mass spectrometry identification technique, to explore the effects of exogenous Put on the expression of thylakoid membrane proteins, and identify the type and property of specific and differently expressed proteins. RT-PCR was applicated to gene expression analysis of response membrane proteins, in order to show the relationship of differently expressed proteins and encoding gene in the levels of transcription and translation. We determinated polyamines forms and TGase activity in chloroplasts, and designed and synthesized TGase monoclonal antibody. Combined with the immunoassay and immuno-gold-transmission electron microscope techniques,the work aimed to investigate the exogenous Put-mediated interplay of TGase and thylakoid membrane proteins. The objective of present study was to elaborate the molecular biological mechanism of Put in alleviating the photosynthesis inhibition induced by salt stress, which would provide a theoretical support for the improved salt tolerance of protected vegetable by polyamines.

项目针对设施蔬菜栽培中土壤盐渍化日益严重，导致作物光合效率下降，生长发育受抑制，生产效益下降的问题，以设施栽培的重要蔬菜作物黄瓜为试材，采用营养液栽培，研究外源腐胺调控盐胁迫下黄瓜幼苗类囊体膜蛋白适应性变化的作用机制。采用蓝绿温和胶电泳技术对黄瓜类囊体膜蛋白进行分离，结合质谱鉴定技术，研究外源腐胺对盐胁迫下类囊体膜蛋白组表达的影响，明确差异表达和特异合成蛋白的种类及性质；利用RT-PCR技术，对应答膜蛋白进行基因表达分析，研究差异膜蛋白表达及其编码基因在转录和翻译水平上的相关性；测定叶绿体内不同形态多胺含量和转谷酰胺酶（TGase）活性的变化，设计、构建TGase单克隆抗体，结合免疫分析和免疫金-透射电镜观察技术，探讨外源腐胺介导TGase与类囊体膜蛋白的互作效应。旨在从蛋白和基因水平，阐述外源腐胺缓解盐胁迫对植株光合作用抑制的分子生物学机制，为利用多胺提高设施蔬菜抗盐性提供理论依据。

本项目在上一结题基金《外源腐胺调控盐胁迫下黄瓜叶片类囊体膜结构与性能的作用机理研究》研究的基础上，以‘津优4号’黄瓜品种为实验材料，进一步研究外源Put对盐胁迫下黄瓜幼苗类囊体膜蛋白质组和应答膜蛋白基因表达的影响，并对盐胁迫下外源Put调控的膜差异蛋白和特异合成蛋白进行质谱鉴定和免疫印迹分析，深入研究外源Put调控盐胁迫下黄瓜叶绿体内TGase活性的变化及其与光合膜蛋白之间的互作，并对TGase进行免疫和亚细胞定位分析，从蛋白合成和基因表达方面系统地阐明Put调控盐胁迫下光合膜蛋白适应性变化的作用机制。本研究紧紧围绕项目的研究目标，严格按照计划任务书的研究内容执行。部分研究内容在原有研究计划的基础上，有针对性地对相关重要实践和理论问题进行了一些拓展，通过4年试验研究，完成了计划书的各项研究任务，取得了积极的进展。主要结论如下：（1）盐胁迫不同程度影响了黄瓜类囊体膜蛋白及其编码基因（D1、D2、Qb、Atp、Atp1、LHCII、CP47、CP43和psbA）的表达，而外源Put通过上调或下调这些基因的表达以响应盐胁迫，并从转录和翻译水平上调控类囊体膜蛋白的表达，从而保护光合器官免受破坏；（2）外源Put处理能够调节盐胁迫下TGase的活性及其编码基因的转录水平，影响黄瓜植株内源多胺的含量和形态，促进多胺与类囊体膜PSII反应中心蛋白结合，进而提高类囊体膜蛋白对盐胁迫的适应性。.项目执行期间（2013年1月~2016年12月）共发表标注项目资助的学术论文31篇，其中SCI收录26篇；培养研究生7名，其中博士研究生4名，硕士研究生3名。