论文部分内容阅读
菜心(Brassicaa parachinensis)是华南地区种植面积最大的特色蔬菜之一,也是一种易受镉(Cd)污染、Cd积累能力强的蔬菜作物。随着Cd污染加重,菜心Cd含量超标问题突出。在其生产过程中降低土壤Cd含量的同时培育耐Cd菜心品种对于创造绿色农业、现代农业具有重要意义。探究菜心耐Cd分子机制,挖掘耐Cd相关基因能够为菜心耐Cd育种提供理论参考。为了增加人们对菜心耐Cd机制的理解,本研究以两个菜心品种’LB70’和’CX4’为试验材料。通过生理指标分析确定耐Cd菜心品种和Cd敏感菜心品种。以表达谱结果为线索,结合转基因等技术,探究菜心耐Cd机制,同时对耐Cd相关基因进行功能分析,初步阐述菜心耐Cd生理与分子机制。主要研究结果如下:(1)对两个菜心品种’LB70’和’CX4’分别进行不加Cd和Cd胁迫处理,对其幼苗进行表型观察及生理指标检测分析,发现’LB70’的Cd耐受能力强于’CX4’。(2)以不加Cd和Cd胁迫处理的’LB70’菜心品种根部为材料进行菜心耐Cd相关基因的表达谱分析,结果共鉴定出3073个差异表达基因,其中1404个上调差异表达基因和1669个下调差异表达基因。GO分析结果显示,这些差异表达基因主要参与结合、催化、代谢过程、细胞过程、单生物体过程、生物调节、定位和对刺激的反应等生物过程。Pathway分析表明,这些差异表达基因主要涉及48个通路,将这些通路与Cd胁迫下其他作物对比,其中22个通路在菜心Cd胁迫条件下特异表达。本研究结果表明这些特异表达通路可能与菜心植株具有较强的耐Cd能力相关。(3)结合菜心耐Cd胁迫胁迫相关基因表达谱,选择BpPMSR3(Bra005938)进行后续的基因功能分析。采用PCR技术克隆得到BpPMSR3的CDS全长为555 bp,编码一个含有184个氨基酸的蛋白质,属于PMSR超家族之一,并分析其氨基酸序列的理化性质、蛋白质结构域、功能域及系统进化。利用qRT-PCR对BpPMSR3基因的表达模式进行分析,结果表明:菜心遭受Cd胁迫时,BpPMSR3在耐Cd菜心品种’LB70’中表达最显著上调,而在Cd敏感菜心品种’CX4’表达量并没有发生显著改变。本研究结果表明BpPMSR3在’LB70’中受Cd诱导特异表达,该基因可能与菜心耐Cd能力相关。(4)构建植物过量表达载体1250-3301::BpPMSR3,将BpPMSR3基因转入哥伦比亚野生型拟南芥。结果显示,50Cd处理后野生型根长明显变短,为1.65±0.1465cm;在-Cd条件下,转基因植株与野生型根长没有明显差异,在50 Cd条件下野生型和转基因植株根长都明显变短,但转基因的根长明显比野生型长。此外,在50 Cd处理条件下,野生型和3个转基因植株的鲜重分别较-Cd条件下减少了 45.68%、30.81%、27.22%、26.14%。(5)将转基因拟南芥株系和野生型拟南芥进行-Cd和50 Cd处理,MetSO测定结果表明:-Cd处理下野生型和转基因拟南芥株系的MetSO含量无明显差异,50 Cd处理的转基因拟南芥株系的MetSO含量明显低于野生型。而Cd胁迫后转基因株系的Met和GSH含量明显比野生型高。结果表明BpPMSR3基因通过降低植株内MetSO的含量进而增加Met和GSH含量,从而在Cd胁迫条件下能够提高植株的Cd耐受性以维持其正常生长发育。此外,Cd处理后转基因株系中耐Cd基因AtHMA3,AtMAN3和AtNramp1表达量明显高于野生型。这说明转基因植物表现出的Cd耐受性可能由于这些基因编码的蛋白质的协同工作。上述结果表明BpPMSR3的过量表达可以提高拟南芥的Cd耐受性。