AteIF5a-2缺失及多基因共表達(dá)擬南芥提高重金屬累積的研究.pdf

1、植物在從土壤中吸收養(yǎng)分離子的同時(shí)，不可避免地會(huì)同時(shí)吸收和累積有毒的重金屬元素，因此，重金屬污染是一個(gè)全球的環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題。當(dāng)然，植物體也擁有自我平衡的細(xì)胞機(jī)制可以使必需金屬離子在不同的細(xì)胞組分中維持正確的濃度以及減少暴露在非必需金屬離子中受到的毒害，并參與到重金屬解毒以及對(duì)重金屬脅迫的耐受過程，從而減少重金屬對(duì)植物體產(chǎn)生的傷害。真核生物翻譯起始因子是真核生物中普遍存在的一個(gè)最保守的蛋白之一，已有研究表明真核生物翻譯起始因子可以參與植

2、物的非生物脅迫過程。本研究利用AteIF5A-2缺失的擬南芥突變體研究該基因在植物抗鎘毒害中的作用及其分子生理機(jī)制;此外，為了系統(tǒng)提高植物對(duì)重金屬的吸收累積和解毒能力，我們運(yùn)用Gateway cloning技術(shù)分別獲得兩個(gè)基因和四個(gè)基因同時(shí)超表達(dá)的轉(zhuǎn)基因擬南芥，初步考察多基因共表達(dá)在重金屬累積中的效果。取得以下主要結(jié)果：
　?、臕teIF5A-2影響植物對(duì)鎘的吸收累積和抗性。真核生物翻譯起始因子作為最保守的蛋白之一，在動(dòng)物中的研究

3、較多，但是在植物中研究相對(duì)較少。我們以擬南芥AteIF5A-2的插入缺失突變體fbr12為材料，研究了不同濃度鎘處理下該突變體的表型變化，發(fā)現(xiàn)正常生長(zhǎng)條件下fbr12與Col-0沒有顯著差異，鎘處理后，fbr12的根長(zhǎng)顯著低于Col-0，且隨著處理濃度的升高，根長(zhǎng)差異也越來(lái)越顯著，同樣生物量也表現(xiàn)出顯著降低，表明AteIF5A-2缺失會(huì)導(dǎo)致擬南芥對(duì)鎘敏感性增加。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，fbr12在不同濃度鎘處理下其根和地上部分鎘的累積量均顯著增

4、加，通過生理實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)相同濃度鎘處理下fbr12中總?cè)~綠素含量、總抗氧化能力均顯著低于Col-0;H2O2、MDA含量要顯著高于Col-0，表明鎘處理對(duì)fbr12產(chǎn)生的氧化脅迫要遠(yuǎn)大于Col-0;對(duì)抗氧化劑GSH及脯氨酸含量測(cè)定發(fā)現(xiàn)fbr12中游離脯氨酸及GSH含量均要顯著低于Col-0，表明fbr12受鎘毒害程度加劇。通過基因表達(dá)分析研究發(fā)現(xiàn)fbr12中相關(guān)抗氧化酶基因的表達(dá)要顯著低于Col-0，進(jìn)一步驗(yàn)證了br12抗氧化能力顯著低

5、于Col-0。通過對(duì)一些潛在的重金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)子如IRT1、ZIP1、CAX2及Nramp3的研究發(fā)現(xiàn)，fbr12中這些轉(zhuǎn)運(yùn)子的相對(duì)表達(dá)量均要顯著高于Col-0，這也是fbr12相對(duì)于Col-0能夠累積更多鎘的原因，而植物螯合肽PCs可以緩解重金屬Cd的毒害作用，其合成酶基因PCS1和PCS2的表達(dá)量在fbr12中要顯著低于Col-0，也是fbr112相對(duì)于Col-0對(duì)鎘敏感性增加的可能原因之一。
　?、贫嗷虺磉_(dá)擬南芥對(duì)重金屬的

6、累積。實(shí)驗(yàn)采用multiple round Gateway LR recombination技術(shù)將基因AtCS1、TcZNT1轉(zhuǎn)入擬南芥Col-0獲得轉(zhuǎn)基因植物L(fēng)R2，將基因AtCS1、TcZNT1、TcOPT3和AtHMA4轉(zhuǎn)入擬南芥得到轉(zhuǎn)基因植物L(fēng)R4，通過使用Real-time PCR方法得到基因相對(duì)表達(dá)量最高的株系LR2-5和LR4-16作為后續(xù)的研究材料，對(duì)其進(jìn)行重金屬的處理，4d后分析其根和地上部分重金屬的累積。研究發(fā)現(xiàn)不同

7、濃度鎘處理下LR2-5和LR4-16根中累積的鎘要顯著高于Col-0，LR2-5地上部分鎘含量與Col-0相比無(wú)顯著差異，LR4-16地上部分Cd含量顯著下降;5μM Cu處理與Col-0相比，LR4-16中根和地上部分Cu的累積顯著增加，而LR2-5無(wú)顯著性差異，但有增加的趨勢(shì);不同濃度Zn處理下，LR2-5和LR4-16在根和地上部分累積的鋅有不同程度的提高。上述結(jié)果初步表明，多基因共轉(zhuǎn)對(duì)不同金屬可能存在不同的效果，為了達(dá)到轉(zhuǎn)基因植