矮稈波蘭小麥重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)基因TpNRAMPs的克隆和表達(dá)分析.pdf

1、自然抗性相關(guān)巨噬細(xì)胞蛋白家族(Natural resistance-associated macrophage proteins，NRAMP)是一類(lèi)高度保守的跨膜蛋白，廣泛存在于原生生物、真菌、植物和動(dòng)物中。該家族最早在小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)（Nramp1），控制小鼠體內(nèi)寄生蟲(chóng)感染自然抗性。擬南芥（Arbidopsis thaliana）和水稻（Oryza stativa）等植物中的NRAMP基因參與植物體重金屬吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)以及再分布，維持植物體內(nèi)

2、金屬平衡;同時(shí)，NRAMP家族還同植物抗性相關(guān)。至今，已在擬南芥和水稻中分別發(fā)現(xiàn)6個(gè)和7個(gè)NRAMP基因，理論上小麥中也應(yīng)該含有NRAMP基因，然而該家族在小麥中鮮有報(bào)道。
　　波蘭小麥（2n=4x=28，AABB，Triticum polonicum）是禾本科小麥屬重要的四倍體二粒栽培小麥，是普通小麥遺傳改良的重要種質(zhì)資源。波蘭小麥可能是伊斯帕罕小麥（2n=4x=28，AABB，T.ispahanicum）與硬粒小麥(2n=4x

3、=28，AABB，T.durum)的雜種，同普通小麥及其余四倍體小麥的遺傳相似性較低。矮稈波蘭小麥?zhǔn)窃谖覈?guó)新疆地區(qū)發(fā)現(xiàn)的具有矮稈性狀的波蘭小麥，具有株高矮化、長(zhǎng)穗等一系列性狀。矮稈波蘭小麥能積累較高含量的鎘和鋅，但其原理未知。NRAMP作為重金屬元素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在植物體耐重金屬脅迫方面具有重要的作用。本實(shí)驗(yàn)旨在分離鑒定矮稈波蘭小麥中的NRAMP基因，并通過(guò)qRT-PCR初步分析矮稈波蘭小麥NRAMP在重金屬處理下表達(dá)模式的變化，從而豐富對(duì)

4、植物NRAMP轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族的認(rèn)識(shí)，為小麥重金屬遺傳修飾奠定基礎(chǔ)和提供依據(jù)。
　　本研究利用矮稈波蘭小麥轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)，篩選獲得4條編碼序列完整的NRAMP序列，以此作為參考序列設(shè)計(jì)引物，從矮稈波蘭小麥的根和葉中進(jìn)行克隆，同時(shí)利用qRT-PCR對(duì)TpNRAMPs在7種不同重金屬元素處理下基因表達(dá)情況進(jìn)行了分析。主要結(jié)果如下:
　　1.矮稈波蘭小麥具有較強(qiáng)的耐金屬屬性。金屬處理24小時(shí)后，矮稈波蘭小麥的根和葉片均積累了大量的金屬元

5、素。其中銅含量最高，分別達(dá)到了125.88 mg/g和38.53mg/g，但同時(shí)也影響了植株的生長(zhǎng)。此外，根和葉片也積累了高含量的鎘、鋅和鐵等元素，但植株生長(zhǎng)沒(méi)有受到影響，表明矮稈波蘭小麥具有一定的耐金屬屬性。
　　2.克隆獲得5條矮稈波蘭小麥TpNRAMPs基因序列，分別命名為T(mén)pNRAMP2.1、TpNRAMP2.2、TpNRAMP、TpNRAMP和TpNRAMP6。同時(shí)，小麥基因組序列信息比對(duì)獲得了普通小麥的TaNRAMP1

6、、TaNRAMP7及一未命名的TaNRAMP基因，從而確定小麥具有7個(gè)或7個(gè)以上NRAMP基因。
　　3.在不同金屬脅迫下，TpRAMP2.1、TpNRAMP3、TpNRAMP和TpNRAMP6的表達(dá)模式變化不同，表現(xiàn)出不同的金屬敏感性，可能具有不同的金屬吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。TpNRAMP2.1在矮稈波蘭小麥的根部對(duì)鎂、鐵和銅最敏感;在葉片中，對(duì)鎂和鋅最敏感。其次，TpNRAMP3在根部對(duì)鐵、銅和鎘最敏感且其表達(dá)量均顯著提高;在葉片