论文部分内容阅读
植物在从土壤中吸收养分离子的同时，不可避免地会同时吸收和累积有毒的重金属元素，因此，重金属污染是一个全球的环境和农业生产问题。当然，植物体也拥有自我平衡的细胞机制可以使必需金属离子在不同的细胞组分中维持正确的浓度以及减少暴露在非必需金属离子中受到的毒害，并参与到重金属解毒以及对重金属胁迫的耐受过程，从而减少重金属对植物体产生的伤害。真核生物翻译起始因子是真核生物中普遍存在的一个最保守的蛋白之一，已有研究表明真核生物翻译起始因子可以参与植物的非生物胁迫过程。本研究利用AteIF5A-2缺失的拟南芥突变体研究该基因在植物抗镉毒害中的作用及其分子生理机制;此外，为了系统提高植物对重金属的吸收累积和解毒能力，我们运用Gateway cloning技术分别获得两个基因和四个基因同时超表达的转基因拟南芥，初步考察多基因共表达在重金属累积中的效果。取得以下主要结果： ⑴AteIF5A-2影响植物对镉的吸收累积和抗性。真核生物翻译起始因子作为最保守的蛋白之一，在动物中的研究较多，但是在植物中研究相对较少。我们以拟南芥AteIF5A-2的插入缺失突变体fbr12为材料，研究了不同浓度镉处理下该突变体的表型变化，发现正常生长条件下fbr12与Col-0没有显著差异，镉处理后，fbr12的根长显著低于Col-0，且随着处理浓度的升高，根长差异也越来越显著，同样生物量也表现出显著降低，表明AteIF5A-2缺失会导致拟南芥对镉敏感性增加。进一步分析发现，fbr12在不同浓度镉处理下其根和地上部分镉的累积量均显著增加，通过生理实验分析发现相同浓度镉处理下fbr12中总叶绿素含量、总抗氧化能力均显著低于Col-0;H2O2、MDA含量要显著高于Col-0，表明镉处理对fbr12产生的氧化胁迫要远大于Col-0;对抗氧化剂GSH及脯氨酸含量测定发现fbr12中游离脯氨酸及GSH含量均要显著低于Col-0，表明fbr12受镉毒害程度加剧。通过基因表达分析研究发现fbr12中相关抗氧化酶基因的表达要显著低于Col-0，进一步验证了br12抗氧化能力显著低于Col-0。通过对一些潜在的重金属离子转运子如IRT1、ZIP1、CAX2及Nramp3的研究发现，fbr12中这些转运子的相对表达量均要显著高于Col-0，这也是fbr12相对于Col-0能够累积更多镉的原因，而植物螯合肽PCs可以缓解重金属Cd的毒害作用，其合成酶基因PCS1和PCS2的表达量在fbr12中要显著低于Col-0，也是fbr112相对于Col-0对镉敏感性增加的可能原因之一。 ⑵多基因超表达拟南芥对重金属的累积。实验采用multiple round Gateway LR recombination技术将基因AtCS1、TcZNT1转入拟南芥Col-0获得转基因植物LR2，将基因AtCS1、TcZNT1、TcOPT3和AtHMA4转入拟南芥得到转基因植物LR4，通过使用Real-time PCR方法得到基因相对表达量最高的株系LR2-5和LR4-16作为后续的研究材料，对其进行重金属的处理，4d后分析其根和地上部分重金属的累积。研究发现不同浓度镉处理下LR2-5和LR4-16根中累积的镉要显著高于Col-0，LR2-5地上部分镉含量与Col-0相比无显著差异，LR4-16地上部分Cd含量显著下降;5μM Cu处理与Col-0相比，LR4-16中根和地上部分Cu的累积显著增加，而LR2-5无显著性差异，但有增加的趋势;不同浓度Zn处理下，LR2-5和LR4-16在根和地上部分累积的锌有不同程度的提高。上述结果初步表明，多基因共转对不同金属可能存在不同的效果，为了达到转基因植物理想的重金属超积累目标，在基因选择和启动子上还需要进行系统的改良。