107楊鎘脅迫相關(guān)基因表達調(diào)控機制研究.pdf

1、土壤重金屬污染日趨加劇，嚴重威脅著人類的生存和發(fā)展，已成為全球關(guān)注問題之一。因此，污染土壤的修復治理已成為人類改善環(huán)境的重要舉措。其中，植物修復成本低、不引起二次污染、不破壞生態(tài)環(huán)境，是一種極具潛力的綠色修復技術(shù)。本項研究利用Solexa測序技術(shù)，檢測107楊分別在100 mg/kg、200 mg/kg鎘脅迫40天和80天之后，基因表達的變化，并結(jié)合107楊在鎘脅迫下的生理、生化變化結(jié)果，探討鎘毒害對107楊的基因表達、信號和代謝通路的

2、影響，以期了解107楊應對鎘脅迫的分子機制，為107楊作為植物修復樹種修復土壤鎘污染提供理論指導。主要結(jié)果如下:
　　(1)從18個107楊的根、莖、葉樣本中，共獲得204，417個unigene，其中166，336個unigene具有匹配的同源蛋白。116，267條unigene被注釋到14層22，231個GO條目上，88，006個unigene被注釋到25種COG功能類別中，36，804個unigene共映射到277條Path

3、way。此外，204，417個unigene中有88，691個SSR位點，2，642種重復堿基單元類型。
　　(2)響應鎘脅迫，107楊差異基因顯著富集GO條目有2，580個。不同部位，差異基因顯著富集的程度不同，表現(xiàn)為根＞葉＞莖。隨鎘脅迫濃度增加，葉與莖差異基因GO富集程度增加;根差異基因GO富集程度減小，在80天時減少尤為顯著。隨鎘脅迫時間增長，葉和莖GO富集程度減小;根在低濃度鎘處理時富集程度增加，高濃度鎘處理時富集程度減小

4、。顯著性富集的GO條目涉及到主要代謝途徑的酶、生物分子的合成與分解代謝、對刺激的響應、結(jié)合過程、運輸過程、轉(zhuǎn)錄過程、信號通路、調(diào)控調(diào)節(jié)、植物組織以及其他一些生理生化途徑。
　　(3)響應鎘脅迫，107楊差異基因顯著富集Pathway條目有448個。不同部位，差異基因顯著富集的程度不同，同樣表現(xiàn)為根＞葉＞莖。隨鎘脅迫濃度增加，葉與莖差異基因富集的Pathway條目數(shù)量更多、程度更顯著，根在40天時差異基因Pathway富集數(shù)量增加、

5、在80天時則明顯減少。隨鎘脅迫時間的增長，葉和莖差異基因Pathway富集程度減小;根在低濃度鎘處理時富集程度增加，高濃度鎘處理時富集程度明顯減小。顯著性富集的Pathway包括糖類、脂類、蛋白質(zhì)等生物大分子以及次生代謝產(chǎn)物的合成與代謝，受體、信號系統(tǒng)等，涉及光合作用、呼吸作用、元素吸收、能量代謝等多種生理生化過程。
　　(4)107楊葉部在100 mg/kg鎘脅迫下，表現(xiàn)出一定的適應性，光合器官及相關(guān)轉(zhuǎn)錄活動都有上調(diào)。在抗氧化過

6、程中，谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽的合成與結(jié)合起了重要作用。107楊在200 mg/kg的鎘脅迫下，表現(xiàn)出明顯的中毒現(xiàn)象。首先，凈光合速率顯著下降，主要是因為鎘破壞光合器官、損傷光合系統(tǒng)、抑制相關(guān)酶活性、影響固碳作用，加快色素分解和葉綠體呼吸作用，以及影響電子傳遞和氣孔調(diào)節(jié)。其次，造成107楊對硝酸鹽、氨基酸的吸收和運輸能力減弱，以及相關(guān)酶、輔酶活性的下降;鎘還通過影響鉀離子通道的活性，破壞離子平衡，從而對107楊造成毒

7、害作用。最后，抗氧化系統(tǒng)遭到很強的破壞，會造成過氧化物下降，過氧化物、抗壞血酸和維生素E合成途徑的下調(diào)。
　　(5)鎘脅迫會影響107楊對其他刺激的響應，不僅會出現(xiàn)交叉適應性，也會造成對某些刺激響應的下降。鎘脅迫時葉部對鎘離子和鋅離子刺激的響應存在同步現(xiàn)象，這可能由于鎘、鎂價電子排布的相似性，形成競爭關(guān)系，影響了酶活性和正常生理反應。鎘對植物細胞壁的破壞造成細胞壁修飾、相關(guān)酶活性以及大分子物質(zhì)合成過程下調(diào)，并加速大分子物質(zhì)分解。<