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菜心属于十字花科芸薹属,是华南地区特色蔬菜。近年来由于经济快速发展,土壤重金属污染越来越严重,导致菜心Cd含量严重超标。ZIP家族是一种与二价金属转运相关的基因家族,能够通过跨膜结构域跨膜转运多种二价阳离子,包括Cd2+、Mn2+、Fe2+和Zn2+。我们前期对菜心镉处理后转录组数据分析发现,菜心ZIP家族多个成员均响应镉胁迫。因此,本研究将对菜心ZIP家族基因的表达特性及其中两个镉响应上调表达的基因的功能进行研究,深入认识菜心吸收转运镉的分子机制,为培育镉吸收积累低的菜心品种奠定基础。本研究基于前期对菜心镉处理后转录组数据的分析结果,并结合白菜全基因组序列信息,克隆获得菜心（新世纪四九甜菜心）的BrpZIPs基因家族CDS和启动子片段,对其进行相关的生物信息学分析,并对BrpZIPs家族多个基因在甜菜心中的表达模式进行分析。进一步对两个镉胁迫诱导表达明显的基因BrpZIP11和BrpIRT1进行了表达、及其蛋白的定位及功能的研究。主要获得了如下结果:1.通过分析前期实验室前期的转录组测序数据并结合白菜全基因组数据信息,克隆得到17个菜心ZIP家族基因。通过NCBI比对,根据相似度进行命名。分别为BrpZIP1、BrpZIP2、BrpZIP3、BrpZIP3-2、BrpZIP10、BrpZIP9、BrpIRT-2、BrpZIP11、BrpIRT3-1、BrpZIP6、BrpIRT1-3、BrpIRT1-4、BrpZIP10-1、BrpIRT1、BrpZIP4-2、BrpIRT2-3、BrpIRT2-2;通过对BrpZIPs蛋白进行跨膜结构域预测发现与其他物种结构类似,存在数个跨膜结构域。2.用不同浓度镉处理甜菜心幼苗及成苗,不同时间后分析BrpZIPs基因的表达。结果表明,BrpZIP11在菜心幼苗的叶中、BrpZIP1在叶和根中、BrpIRT1＆IRT1-2在根中均表达量较高,且都在不同Cd浓度处理不同时长时被显著诱导表达;BrpZIP10、BrpIRT1＆IRT1-2、BrpZIP2在成苗的根中特异表达,BrpIRT1-3＆IRT1-4在花中特异表达,并都响应镉胁迫在各组织中表现上调或抑制的。BrpZIP2、BrpZIP6、BrpZIP9、BrpIRT2-2、BrpZIP10-1、BrpZIP4-2＆ZIP4-3、BrpZIP3＆BrpZIP3-2、BrpIRT1-3＆IRT1-4在菜心幼苗中的表达较低,但不同镉浓度处理不同时间后,都表现出上调或抑制;BrpZIP11、BrpZIP6、BrpZIP9、BrpIRT2-2、BrpZIP10-1、BrpZIP4-2＆ZIP4-3、BrpZIP3＆BrpZIP3-2、BrpIRT1-3＆IRT1-4在成苗中无明显组织特异性,但会随着镉浓度不同而在各组织中表现上调或抑制。研究结果表明,ZIP家族的成员大都会响应镉胁迫而发生表达水平的变化。3.利用启动子驱动GUS报告基因对BrpZIP11和BrpIRT1进行组织特异性分析,结果发现,在幼苗中,BrpZIP11主要在地上部、BrpIRT1主要在主根、叶柄等的维管束或叶脉中表达;在成苗中,BrpZIP11在萼片、花粉粒、柱头、果皮、BrpIRT1主要在萼片、柱头、花粉粒、果柄等的维管束中表达。暗示BrpZIP11、BrpIRT1可能与物质运输有关联;4.利用拟南芥原生质体瞬时表达体系对GFP-BrpZIP11、GFP-BrpIRT1蛋白进行亚细胞荧光定位分析,结果表明GFP-BrpIRT1定位在质膜,但BrpZIP11的定位还有待研究;5.过表达BrpZIP11会降低植株对Cd耐受性。将BrpZIP11、BrpIRT1在拟南芥中进行异源表达获得转基因植株,25μM和50μM Cd胁迫下,BrpZIP11过表达植株与Col相比相对伸长减小;25μM处理,过表达BrpIRT1植株相对伸长与Col相比增加,50μM处理,相对伸长减小;可见BrpIRT1在低浓度增强转基因拟南芥对Cd的耐受性,在高浓度BrpIRT1降低拟南芥幼苗对镉的耐受性。