擬南芥XCD1在鋅脅迫調(diào)控中的功能研究.pdf

1、隨著人口快速增長、工業(yè)的發(fā)展、工廠及生活廢棄物的排放以及農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)用藥物等施用量的不斷增加，許多有害有毒物質(zhì)不斷進(jìn)入土壤系統(tǒng)，使得土壤重金屬污染已成為一個全球性的嚴(yán)重的環(huán)境問題。鋅作為全球公認(rèn)的重金屬元素之一，在其污染土壤中會通過土壤—糧食—人和土壤—蔬菜—人這些食物鏈進(jìn)行積累、遷移和傳遞，最終會嚴(yán)重威脅到人體健康。植物修復(fù)是解決土壤鋅污染的重要途徑之一，而將植物修復(fù)技術(shù)與基因工程技術(shù)結(jié)合，并應(yīng)用于解決土壤重金屬鋅污染問題，則是本文研究

2、的主要內(nèi)容，而該研究的關(guān)鍵在于對植物耐受鋅毒害及其積累的分子機理的認(rèn)識，及其在實踐中的應(yīng)用效果研究。
　　本研究基于前期工作，利用已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一個擬南芥基因XCD1(At3g10890)，在該基因缺失時，擬南芥植株對鋅較為敏感，而XCD1的過量表達(dá)植株，對鋅的耐受性明顯增強。為進(jìn)一步研究該基因的在鋅脅迫下的作用機理，對XCD1在植物應(yīng)對重金屬鋅脅迫過程中的生物學(xué)功能進(jìn)行了研究。主要研究結(jié)果如下：
　　(1)在正常生長條件下，野

3、生型和XCD1敲除突變體xcd1-1、xcd1-2及XCD1過量表達(dá)株系XCD1OE4、XCD1OE5的生長沒有顯著差異；在Zn脅迫下，突變體xcd1-1、xcd1-2表現(xiàn)為對鋅脅迫敏感，過量表達(dá)株系XCD1OE4、XCD1OE5表現(xiàn)為對為對鋅脅迫耐受，且根長和鮮重數(shù)據(jù)顯示規(guī)律也與表型規(guī)律一致，表明XCD1正向調(diào)控鉛脅迫響應(yīng)。
　　(2)利用組織活性染色和qRT-PCR方法對XCD1的組織特異性表達(dá)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該基因在擬南芥各

4、個組織中均有表達(dá)，其中在根和花中的表達(dá)量相對較高。
　　(3)鋅含量分析表明，XCD1過量表達(dá)株系中鋅的含量相比野生型中鋅的含量有所增加，而xcd1突變體株系xcd1-1、xcd1-2吸收的鋅含量就要比野生型株系中低，并且大部分的鋅都積累在根部。上述這種差異主要體現(xiàn)在根中，野生型，突變體和過表達(dá)株系莖部的鋅含量基本無差異。
　　(4)進(jìn)一步分析了擬南芥中與鋅脅迫相關(guān)的下游基因的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)xcd1突變體經(jīng)重金屬鋅脅迫處理后

5、GSH1、GSH2、PCS1和PCS2基因的轉(zhuǎn)錄水平與與野生型相比顯著增加，表明XCD1可能通過調(diào)控GSH依賴的PC成途徑來增加植物對鋅的耐受。
　　(5)為了進(jìn)一步確認(rèn)XCD1調(diào)控植株鋅耐受的途徑，我們測定了野生型、xcd1突變體和XCD1過量表達(dá)株系中谷胱甘肽的含量(GSH+2GSSG)及植物螯合肽(PC)的含量，測定結(jié)果顯示在過量表達(dá)株系中植物螯合肽(PC)的含量明顯高于野生型，而在xcd1突變體中植物螯合肽(PC)的含量較

6、野生型中低。由此我們得出結(jié)論，XCD1可以通過谷胱甘肽依賴的植物螯合肽合成途徑來調(diào)控植物鋅的耐受和積累。
　　(6)在前人研究中發(fā)現(xiàn)，甘露糖作為XCD1的產(chǎn)物，可能作為信號分子，參與XCD1介導(dǎo)的Cd的耐受的調(diào)控。在本文中我們也研究了外源甘露糖施加對于植物鋅脅迫的響應(yīng)，結(jié)果表明，外源甘露糖能夠恢復(fù)xcd1突變體在鋅脅迫下的敏感表型，且能夠增加還原型谷胱甘肽GSH含量及植物螯合肽含量，植物體內(nèi)積累的鋅含量也同時增加。
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