本文關(guān)鍵詞：超積累植物東南景天Cd耐性和積累的分子機(jī)制

  更多相關(guān)文章： 超積累植物 鎘 HMA3 MT2 NRAMP 分子機(jī)制

【摘要】：近年來,由于土壤重金屬污染情況日益嚴(yán)重,因此對重金屬超積累作用機(jī)理的研究是當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本研究探究了超積累植物東南景天對鎘的耐性和積累機(jī)制。本研究在前期轉(zhuǎn)錄組測序的基礎(chǔ)上,發(fā)掘出一些可能與鎘超積累植物東南景天鎘超積累作用相關(guān)的基因,并綜合利用分子克隆、生物信息學(xué)分析、RT-PCR、酵母功能互補(bǔ)、植物過表達(dá)、洋蔥表皮細(xì)胞定位等手段對它們的功能進(jìn)行了研究,并探討了它們在東南景天鎘耐性和積累過程中的作用以及東南景天鎘耐性和積累的機(jī)理。本研究所取得的主要研究結(jié)果如下：1、通過同源克隆技術(shù),克隆到一個(gè)東南景天P-1B型ATP酶基因(SaHMA3)。超積累生態(tài)型與非超積累生態(tài)型東南景天SaHMA3基因都表現(xiàn)出在根系和地上部組成型表達(dá),并且都編碼液泡膜上定位的轉(zhuǎn)運(yùn)子,但是不同之處在于其轉(zhuǎn)運(yùn)底物的選擇性及表達(dá)水平差異。超積累生態(tài)型東南景天SaHMA3h是一個(gè)鎘的特異轉(zhuǎn)運(yùn)子,而非超積累生態(tài)型SaHMA3n既能轉(zhuǎn)運(yùn)鎘也能轉(zhuǎn)運(yùn)鋅。從表達(dá)水平來看,SaHMA3在超積累生態(tài)型不管是根系還是地上部的表達(dá)水平都顯著高于非超積累生態(tài)型；而且,在超積累生態(tài)型體內(nèi),SaHMA3在地上部的表達(dá)量要明顯高于根部。過表達(dá)SaHMA3h顯著提高了煙草植物對鎘的耐性和積累量,但是降低了鎘從根部向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。由此可見,東南景天SaHMA3在東南景天鎘耐性及積累過程中起著重要的作用。2、SaMT2基因編碼一個(gè)含79個(gè)氨基酸殘基的蛋白,其包含兩個(gè)富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域。在東南景天體內(nèi),SaMT2的表達(dá)水平表現(xiàn)為地上部高于根部,并且顯著地受鎘和鋅處理的誘導(dǎo)。酵母功能互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)表明SaMT2可以顯著地提高酵母對鎘的積累與耐性,而不能提高對鋅的耐性。將SaMT2在煙草中過表達(dá)后發(fā)現(xiàn),過表達(dá)SaMT2的煙草根部和地上部對鎘的積累及耐性都有明顯提高。在鎘處理?xiàng)l件下,轉(zhuǎn)基因煙草相比野生型植物具有更高的抗氧化酶活性,更少的過氧化氫積累。因此,本研究表明東南景天SaMT2可以通過與金屬結(jié)合和改善抗氧化系統(tǒng)來提高轉(zhuǎn)基因煙草對鎘的耐性和積累。3、NRAMP家族(Natural Resistance-Associated Macrophage Proteins)蛋白是一類廣泛存在于植物、動(dòng)物、微生物體內(nèi)的鐵、錳、鎘等金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,在鐵、錳、鎘等金屬離子的穩(wěn)態(tài)過程中起重要的作用。本研究在前期課題組對東南景天轉(zhuǎn)錄組測序的基礎(chǔ)上,分析挖掘出五個(gè)NRAMP家族基因,并利用生物信息學(xué)、RT-PCR、酵母功能互補(bǔ)、植物過表達(dá)、洋蔥表皮細(xì)胞定位等技術(shù)對東南景天NRAMP家族基因的功能進(jìn)行了研究,探討了它們與東南景天鎘轉(zhuǎn)運(yùn)之間的關(guān)系。結(jié)果表明,這5個(gè)NRAMP家族基因所編碼的氨基酸序列相互之間同源性表現(xiàn)出比較大的差異,它們之間的相似度在30%-84%之間,其中SaNramp3和SaNramp4之間的相似度最高,達(dá)到了接近84%。同其它植物的NRAMP蛋白一樣,東南景天的NRAMP都包含12個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域以及一個(gè)保守程度非常高的轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)構(gòu)域,位于第8和第9個(gè)跨膜域之間。進(jìn)化樹分析發(fā)現(xiàn),NRAMP家族的蛋白可以分成兩個(gè)亞組,其中SaNramp1和SaNramp6屬于一個(gè)亞組,而SaNramp2、 SaNramp3和SaNramp4屬于另一個(gè)亞組。東南景天NRAMP家族基因在表達(dá)水平上存在比較大的差異,其中SaNramp3表達(dá)量最高。超積累生態(tài)型中SaNrampl. SaNramp3、SaNramp6都在地上部表達(dá)量比較高,根部表達(dá)量較低。在超積累生態(tài)型中這些基因的表達(dá)水平受金屬的調(diào)控較小,在非超積累生態(tài)型中,SaNrampl則顯著受鎘處理的誘導(dǎo),然而SaNramp3顯著受鋅、鎘及缺鐵處理的誘導(dǎo),SaNramp6在不同金屬處理下變化不大。洋蔥表皮細(xì)胞定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SaNrampl、 SaNramp6定位于細(xì)胞膜上,而SaNramp3定位于液泡膜上。酵母功能互補(bǔ)及植物過表達(dá)試驗(yàn)表明SaNrampl是一個(gè)鎘、錳、鋅的轉(zhuǎn)運(yùn)子,SaNramp3是一個(gè)鎘、錳、鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)子,而SaNramp6是一個(gè)鎘和錳的轉(zhuǎn)運(yùn)子。因此,可見東南景天NRAMP家族蛋白在鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)積累過程中起重要的作用。
【關(guān)鍵詞】：超積累植物 鎘 HMA3 MT2 NRAMP 分子機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X173;Q945.78
【目錄】：

• 致謝7-11
• 中文摘要11-13
• ABSTRACT13-16
• 主要縮略詞表16-17
• 第一章 文獻(xiàn)綜述17-33
• 1.1 鎘等重金屬的危害、污染現(xiàn)狀及應(yīng)對措施17-20
• 1.1.1 鎘等重金屬的危害17-18
• 1.1.2 土壤中重金屬的污染現(xiàn)狀18-19
• 1.1.3 應(yīng)對措施19-20
• 1.2 植物超積累重金屬的機(jī)理研究進(jìn)展20-27
• 1.2.1 超積累植物20-21
• 1.2.2 植物重金屬的超積累機(jī)理研究進(jìn)展21-27
• 1.3 重金屬積累與耐性相關(guān)基因研究進(jìn)展27-30
• 1.4 本研究的意義及研究內(nèi)容30-33
• 第二章 東南景天鎘耐性與HMA3基因功能的關(guān)系研究33-55
• 摘要33
• 2.1 引言33-35
• 2.2 材料及方法35-40
• 2.2.1 植物材料與培養(yǎng)35-36
• 2.2.2 SaHMA3基因的克隆36
• 2.2.3 SaHMA3基因的表達(dá)分析36-37
• 2.2.4 Southern blot分析37
• 2.2.5 質(zhì)粒構(gòu)建37-38
• 2.2.6 GFP定位38-39
• 2.2.7 酵母功能研究39
• 2.2.8 植物過表達(dá)分析39-40
• 2.2.9 數(shù)據(jù)分析40
• 2.3 結(jié)果與分析40-51
• 2.3.1 SaHMA3基因的克隆及序列分析40-43
• 2.3.2 SaHMA3基因的表達(dá)水平43-45
• 2.3.3 SaHMA3的定位45-47
• 2.3.4 SaHMA3的酵母功能研究47-49
• 2.3.5 煙草過表達(dá)SaHMA3h后對鎘、鋅的耐性及積累分析49-51
• 2.4 討論51-55
• 第三章 東南景天鎘耐性與MT2基因功能的關(guān)系研究55-69
• 摘要55
• 3.1 引言55-57
• 3.2 材料及方法57-60
• 3.2.1 植物培養(yǎng)57
• 3.2.2 SaMT2基因的克隆及序列分析57
• 3.2.3 定量PCR分析57-58
• 3.2.4 載體構(gòu)建58
• 3.2.5 酵母功能分析58-59
• 3.2.6 轉(zhuǎn)基因煙草的構(gòu)建及其金屬耐性與積累分析59
• 3.2.7 SOD,POD,CAT和H_2O_2的測定59-60
• 3.2.8 數(shù)據(jù)分析60
• 3.3 結(jié)果與分析60-66
• 3.3.1 SaMT2基因的克隆及序列分析60-61
• 3.3.2 東南景天體內(nèi)SaMT2基因的表達(dá)水平61-62
• 3.3.3 SaMT2的酵母功能互補(bǔ)分析62-64
• 3.3.4 轉(zhuǎn)基因煙草的耐性與積累分析64-66
• 3.4 討論66-69
• 第四章 東南景天鎘積累與NRAMP家族基因的關(guān)系研究69-95
• 摘要69-70
• 4.1 引言70-71
• 4.2 材料與方法71-76
• 4.2.1 植物培養(yǎng)71
• 4.2.2 NRAMP家族基因的克隆71-73
• 4.2.3 NRAMP家族基因序列分析73
• 4.2.4 NRMMP家族基因的表達(dá)分析73-74
• 4.2.5 質(zhì)粒構(gòu)建74
• 4.2.6 GFP定位74-75
• 4.2.7 酵母功能研究75
• 4.2.8 植物過表達(dá)分析75-76
• 4.2.9 數(shù)據(jù)分析76
• 4.3 結(jié)果與分析76-91
• 4.3.1 東南景天NRAMP家族基因的序列分析76-79
• 4.3.2 東南景天NRAMP家族基因的表達(dá)量分析79-83
• 4.3.3 東南景天NRAMP蛋白的亞細(xì)胞定位分析83-84
• 4.3.4 東南景天NRAMP蛋白的酵母功能分析84-87
• 4.3.5 東南景天NRAMP家族基因在植物中的功能分析87-91
• 4.4 討論91-95
• 第五章 綜合討論與研究展望95-97
• 5.1 綜合討論95-96
• 5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)96
• 5.3 研究展望96-97
• 參考文獻(xiàn)97-117
• 攻讀博士學(xué)位期間主要成果117-11

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5 劉茵;趙秀琴;胡紅艷;;超積累植物[J];生物學(xué)教學(xué);2008年08期

6 魏樹和,周啟星,王新,張凱松,郭觀林;一種新發(fā)現(xiàn)的鎘超積累植物龍葵(Solanum nigrum L)[J];科學(xué)通報(bào);2004年24期

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9 魏樹和,周啟星,王新;超積累植物龍葵及其對鎘的富集特征[J];環(huán)境科學(xué);2005年03期

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1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 梁海平 陳麗玲;錳與畜禽、人及環(huán)境[N];中國畜牧獸醫(yī)報(bào);2007年

2 郝東方;商陸有助修復(fù)受錳污染的土壤[N];大眾科技報(bào);2004年

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1 魏樹和;超積累植物篩選及污染土壤植物修復(fù)過程研究[D];中國科學(xué)院研究生院（沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所）;2004年

2 薛生國;超積累植物商陸的錳富集機(jī)理及其對污染水體的修復(fù)潛力[D];浙江大學(xué);2005年

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1 張玲;鋅污染土壤的超積累植物研究[D];陜西師范大學(xué);2011年

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本文編號：679822