【摘 要】
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陆生发状念珠藻,俗称发菜,是一种自养型固氮蓝藻,主要生长在常年降雨量稀少的干旱和半干旱地区。在这种干湿交替的环境下,发菜进化出了较强的抵抗胁迫的能力,然而其耐旱与复水的分子机制仍不明确。目前蛋白质组学研究发现了一些在发菜脱水与复水过程中差异性表达的蛋白质,但过去的蛋白质组学研究主要关注细胞内蛋白质的变化,而忽略了对胞外蛋白质的分析。胞外蛋白质对维持细胞结构稳定以及生理活性具有重要作用,也必然会对发
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陆生发状念珠藻,俗称发菜,是一种自养型固氮蓝藻,主要生长在常年降雨量稀少的干旱和半干旱地区。在这种干湿交替的环境下,发菜进化出了较强的抵抗胁迫的能力,然而其耐旱与复水的分子机制仍不明确。目前蛋白质组学研究发现了一些在发菜脱水与复水过程中差异性表达的蛋白质,但过去的蛋白质组学研究主要关注细胞内蛋白质的变化,而忽略了对胞外蛋白质的分析。胞外蛋白质对维持细胞结构稳定以及生理活性具有重要作用,也必然会对发菜复水产生影响。此外,环境中与发菜紧密相连的附生菌被推测可能与发菜存在共栖关系,但其对发菜复水的影响尚无研究。因此为了进一步揭示发菜复水的分子机理,本课题将基于非标定量蛋白质组学技术探究发菜复水过程中细胞内外蛋白质的变化,以及对比有无附生菌条件下发菜蛋白质组的表达差异。在本研究中,分别收集灭菌组发菜和未灭菌组发菜复水过程中的细胞内蛋白质和细胞外蛋白质,每组选取了 8个复水时间点,分别是0h,0.25 h,0.5 h,1h,3 h,8 h,15 h,24 h。基于非标定量蛋白质组学技术探究了发菜复水期间蛋白质的动态变化。在未灭菌组复水8个时间点中,将所有鉴定到的蛋白质进行趋势聚类分析,共聚成4类。GO注释分析表明,这些蛋白质主要涉及防御、光合作用、蛋白质合成与降解、代谢、信号调控及转运系统。结果显示部分蛋白质可能在细胞内发挥作用,如ATP依赖性锌金属蛋白酶FtsH,在细胞内呈上升趋势,细胞外未检测到。而有些蛋白质只在细胞外发挥作用,例如Ⅳ型菌毛组装蛋白质PilM。另有部分蛋白质在细胞内外表达均有差异,例如含有细菌Ig样结构域和vWFA结构域的蛋白质和水胁迫蛋白质,在细胞内呈下降趋势,细胞外高表达。前者与穿孔素高度同源,据此推测可能与破坏多糖层糖链有关,从而有利于发菜吸水,后者已在前人的研究中被证实与发菜复水有密切关系。此外发现与发菜耐旱相关的蛋白质如核糖体促休眠因子HPF和阳离子运输调节子ChaB在细胞内呈下降趋势,细胞外逐渐上升,可能是因为当发菜解除干旱胁迫时,这些曾大量表达的蛋白质被分泌到细胞外。在灭菌组发菜相对于未灭菌组发菜的比较蛋白质组研究中,鉴定到229个显著差异性表达的细胞内蛋白质（P＜0.05）,其中极显著蛋白质（P＜0.001）有31个,主要涉及防御系统、蛋白质合成与降解及光合作用。在胞外蛋白质中鉴定到89个显著差异性蛋白质（P＜0.05）,其中极显著蛋白质（P＜0.001）有4个,其功能主要涉及防御系统和信号调控。其中烷基氢过氧化物还原酶AhpD在复水刚开始时,在细胞外的含量很高,可能在干燥期间大量分泌到胞外通过清除自由基而保护机体免受损伤。此外含有RTX毒素相关的蛋白质、藻青素酶及糖苷酶等蛋白质在未灭菌组发菜复水过程中上调表达,且大量分泌到胞外。其中藻青素酶因降解藻青素可能为附生菌和发菜提供碳源和氮源,而发菜分泌的含RTX毒素相关蛋白质,可能与应对复水过程中逐渐增多的附生菌相关。通过本研究,我们对发菜复水机制做了进一步探究:发菜复苏过程中,氧化还原蛋白质、HPF及烷基氢过氧化物还原酶AhpD等与耐旱相关蛋白质因干旱胁迫解除,而被分泌到细胞外。其中烷基氢过氧化物还原酶AhpD在干旱时,大量表达并被分布在细胞外膜上,发挥抗氧化功能从而保护机体;ATP依赖性锌金属蛋白酶FtsH通过在体内降解修复损伤的蛋白质而大量表达;一些调节渗透压的蛋白质如ChaB、OmpR及OsmY等被分泌到细胞外,以此维持发菜复水时胞内外渗透平衡;与RTX毒素相关的蛋白质分泌到细胞外,可能与应对复水过程中逐渐增多的附生菌相关,两者之间的关系需要进一步研究。
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