论文部分内容阅读
PCRs（plant cadmium resistance）是一种调控果实籽粒大小以及参与转运金属蛋白,在真菌、藻类、高等植物和动物中分布广泛。水稻PCR有6个成员,其中部分成员的功能已经被研究的相对透彻。OsPCR1是OsPCR家族蛋白中的一员,前期的相关报道虽然揭示了OsPCR1在水稻参与了锌离子的运输以及调控水稻籽粒的大小,但关于镉离子的相关研究甚少提及。镉（Cd）是对人和植物危害最大的重金属离子之一。研究OsPCR1在水稻中镉的运输机制,有可能使水稻中籽粒的镉含量降低,从而大大降低此重金属在人体内积累的风险。本文以CRISPR/Cas9基因编辑技术获得的水稻突变体pcr1以及让OsPCR1在拟南芥过表达获得异源过表达株系等为材料,对OsPCR1在水稻中的离子运输功能进行研究。获得以下结果:1.OsPCR1的敲除突变体对镉胁迫敏感性降低。在培养基中加入一定浓度的CdSO4,通过平板实验我们发现OsPCR1的敲除突变体其鲜重和株高进行测量,表明在镉的胁迫下,突变体受到的毒害更小。2.对OsPCR1的组织表达模式进行定量以及半定量分析。OsPCR1在水稻的地上与地下部分均有表达,且地下部分的表达量远远高于地上部分。OsPCR1地下部分的表达量随着镉的诱导会上升,而地上部分的表达量变化不大,OsPCR1在根中受Cd的诱导,说明OsPCR1可能参与水稻镉离子的吸收或向上的运输。3.构建35S::PCR1-GFP亚细胞定位载体,转化拟南芥叶肉原生质体,发现OsPCR1定位于细胞膜上。4.将OsPCR1在酵母进行体外表达,发现表达OsPCR1的酵母株系对镉的敏感度降低。进一步对酵母的镉离子进行测定,结果显示表达OsPCR1的酵母株系的镉含量远远低于对照组,同时生长曲线实验结果显示表达OsPCR1的酵母在含Cd培养基中的生长速度更快,表明OsPCR1是一个向外运输的蛋白,将镉离子向胞外运输,从而增强酵母对Cd的耐受性。5.把OsPCR1在拟南芥中进行异源过表达,发现在有镉胁迫下异源过表达株系相对于野生型受到的毒害更小。其鲜重、根长等在受到胁迫后相对于野生型长势都要更加好。进一步对拟南芥中镉离子进行测定,结果显示异源过表达株系的镉含量低于野生型。6.对水稻敲除突变体幼苗用不同浓度的镉处理,发现pcr1突变体的生长状态比野生型更好。然后对其不同部位进行Cd离子含量测定,结果显示突变体的地下部分积累的镉比野生型要高,而地上部分却相反。而锌离子则是突变体的地下部分要比野生型的含量低,地上部分却相反。7.将突变体pcr1和野生型种植在含镉土壤中,并测量其不同部位的镉含量。发现突变体茎、叶、谷壳、籽粒中的镉含量均比野生型要低,而中Cd含量高于野生型。