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Pb2+、Cd2+胁迫下海南木榄叶的差异蛋白质组学及其与DNA作用的研究认领

作者：

宋媛

学位授予单位：

海南师范大学

摘要：

红树是我国海岸湿地中的一种重要植物,以其生境独特、物种多样、生态功能明显及社会效益良好等特点,在生态保护、药理活性应用等多个方面已显示出其巨大的开发利用潜力。近年来众多的研究主要关注在提取分离红树植物的化学成分及其表征其生物活性,对红树植物的蛋白质组学或DNA的研究却鲜有。木榄(Bruguiera gymnorhiza（L.）Lam.)为海南分布较广泛的一种药用红树植物,具有抗炎、抗癌、抗肿瘤、抗氧化和抗菌等多种药理活性,被广泛应用于新药的研发。从中药现代化需要系统研究植物药理机制的角度,鉴于木榄中也可能存在具有某些药理活性的蛋白,因此有必要对其中的植物蛋白质进行鉴定分析,并确定木榄中的DNA序列。另外,由于红树植物特殊生长环境的特点,容易受到多种重金属的胁迫以发挥其对生态环境的保护作用,但其中起关键作用的植物蛋白有哪些?重金属与DNA的作用机制是什么?依然是两个函待解决的关键科学问题。本论文的研究将海南药用红树植物木榄作为研究对象,进行植物蛋白指纹图谱的建立及其主要功能蛋白的鉴定分析;研究重金属Pb2+、Cd2+胁迫下木榄叶的差异蛋白质组学;确证Pb2+、Cd2+与木榄DNA的作用机制。研究结果不仅从生物大分子的角度并结合其中的小分子化学成分,协同阐释药用植物的物质基础,有利于更好地实现木榄的中药现代化;而且通过确定Pb2+、Cd2+与木榄DNA的作用机制,可以更好地从分子层面阐释木榄具有保护生态作用的机制。本论文的主要内容分5个章节:（1）对红树植物的性质、应用价值、非生物胁迫等方面进行了综述;并结合本论文的研究意义,简要介绍了蛋白质组学的原理、方法应用及差异蛋白质组学,介绍了蛋白质组学的主要应用技术;并介绍了重金属离子与木榄叶DNA的相互作用。（2）采用优化条件下的酚抽提法,结合双向电泳,获得海南幼苗期和成熟期木榄叶的蛋白指纹图谱,并通过分析软件Image Master TM 2D Platinum 7.0筛选出高表达蛋白,再利用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）鉴定高表达蛋白的酶水解产物。结果表明:成熟木榄叶有60个高表达的蛋白,包括差向异构酶、DNA连接酶、核酮糖二磷酸羧化酶等,其中已确定42个木榄叶蛋白质;木榄叶幼苗中有55个高表达的蛋白,包括天冬氨酸氨基甲酰转移酶、热休克蛋白、核酮糖二磷酸羧化酶等,其中已确定了34个木榄叶蛋白质。（3）采用双向电泳及生物质谱技术,对重金属Pb2+和Cd2+胁迫下不同时期的木榄叶差异表达的蛋白进行分离提取及鉴定分析。结果表明:成熟木榄叶重金属Pb2+和Cd2+胁迫的差异蛋白分别有4个和6个,木榄叶幼苗中Pb2+、Cd2+胁迫的差异蛋白分别有14个和5个。（4）利用生物信息学技术,通过蛋白质在线数据库及分析平台,对正常木榄叶蛋白及Pb2+、Cd2+胁迫下不同时期的木榄叶差异蛋白进行理化性质分析、多序列比对分析及功能的初步探索。结果表明:木榄叶的蛋白质大部分属于不稳定蛋白类型,涉及木榄叶生长、发育、遗传及植物抗逆等多种功能;Pb2+和Cd2+胁迫下不同时期的木榄叶差异蛋白均与植物生长、遗传及高效光合作用等植物功能有关,绝大部分都属于稳定的蛋白类型,且四种差异蛋白与其同源蛋白的多序列相似性较好。（5）对提取的木榄叶DNA进行定性及定量分析,并通过紫外光谱及荧光光谱确定了重金属离子Pb2+、Cd2+分别与木榄叶DNA的相互作用机制。结果表明:Pb2+、Cd2+可引起木榄叶DNA在210 nm处特征吸收峰的红移和明显的增色效应,并致使波长为319nm处的荧光强度逐渐增大。热力学计算结果表明,氢键和范德华力为Pb2+与DNA的主要作用类型,而疏水作用力为Cd2+与DNA的主要作用类型。初步判定二者以沟槽结合的模式与木榄叶DNA相互作用。

摘要译文

关键词：

木榄叶; 重金属离子; 差异蛋白; DNA; 作用机制

学位年度：

2023

学位类型：

硕士

学科专业：

化学

导师：

何文英

中图分类号：

Q946[植物生物化学]

学科分类号：

071002[植物学]

D O I：

10.27719/d.cnki.ghnsf.2023.000610