不同海拔珠芽蓼叶片蛋白质组及逆境适应蛋白研究

Mountain environmental stresses factors severely limit alpine plant growth and development as well as production and reproduction of plant life. Investigation of the stress adaptation mechanism of alpine plants to mountain environment could be better understanding of physioecological mechanisms underlying plant stress response so as to better protection and utilization of alpine resources. The leaves of alpine plants Polygonum viviparum, were collected from different altitudes. The comparative protemics will be performed and differential-expression proteins will be given function analysis and classification by bioinformatics. The physioecological characteristics and physiological parameters associated with the differential-expression proteins under different altitude will be analyzed. The key adaptation-expression proteins and genes will be identified and their functional characterization will be examined. These results will be used for a description of P.viviparum adaptation level to stress tolerance and will contribute to help us better understanding of physioecological mechanisms underlying plant stress acclimation and mountain environmental stress tolerance acquisition.

研究高山植物对高山环境的适应机理，对认识和保护高山脆弱的生态系统，合理与持续开发利用高山植物资源具有重要的理论价值和指导意义。本研究以不同海拔高山植物珠芽蓼叶片为研究对象，运用植物生理生态学、蛋白质组学、生物信息学、分子生物学等多学科综合手段，分析不同海拔叶片的蛋白质表达谱，对差异表达蛋白进行质谱鉴定，功能预测和分类，获得逆境适应蛋白。结合野外生理生态特性、生理抗逆成分变化和差异蛋白质关联性，确定逆境适应蛋白参与逆境适应生理生态机制的类型及模式。从中挖掘高山植物珠芽蓼逆境适应的关键蛋白及其基因，并对其功能进行初步验证。这些研究结果对揭示高山植物逆境适应的生理生态学本质提供理论依据。

研究高山植物对极端环境的适应机理，对高山资源的保护利用和推动抗逆农业的发展具有重要的意义。本项目以生长于海拔2300，3200，3900米的珠芽蓼(P. viviparum)为材料，研究了不同海拔叶片解剖和超微结构、叶绿素荧光参数，气体交换速率以及次级代谢物变化，同时采用双向电泳和荧光差异凝胶电泳，通过差异蛋白质组学研究获得了逆境适应蛋白，并对相关差异蛋白点进行分类与鉴定，阐明高山植物珠芽蓼高海拔逆境适应的策略。形态分析结果表明随海拔升高，叶片厚度增加，叶肉细胞的排列更加紧密，细胞间隙增大，叶绿体类囊体数目减少，基粒片层之间的间隙增大，类囊体膜降解，叶片表皮附属物增多，气孔密度增大但气孔张度变小。生理生化分析表明，叶片中脯氨酸、可溶性糖，多糖和简单酚以及不饱和脂肪酸含量随着海拔梯度的升高而增加，单宁酸、饱和脂肪酸含量和CO2同化能力降低。蛋白质组学研究获得的69个差异表达蛋白大部分涉及光合、能量代谢、防御和分子伴侣，另外还涉及基因表达调节、转运ATP酶以及信号转导相关代谢途径的调控。随海拔升高，珠芽蓼叶片中光合作用相关蛋白质特别是与卡尔文循环相关的一些酶以及光系统I反应中心蛋白亚基的表达量降低，但叶绿体和Rubisco中的分子伴侣蛋白以及与乙醇酸循环相关的蛋白表达丰度增加。综合分析结果表明，低温与干旱是高海拔最主要的胁迫因子。海拔升高会对珠芽蓼光合能力造成损伤并降低碳同化能力。珠芽蓼通过不饱和脂肪酸维持细胞膜的正常形态和功能，次级代谢产物清除部分ROS或调节细胞渗透势。通过乙醇酸循环，维持光合作用相关蛋白质构象的分子伴侣表达调节和保证光合作用进行。珠芽蓼应对海拔升高的策略还包括适当降低能量代谢，增强信号转导，诱导植物防御系统等。这些研究结果为深入揭示高山植物逆境适应机理提供理论依据。