檉柳、星星草金屬硫蛋白基因克隆及生物學功能研究.pdf

1、我國土壤重金屬污染問題不斷惡化，亟待解決。深入研究植物的耐重金屬機理，克隆相關基因并利用基因工程技術提高植物對重金屬的抗性，是凈化污染土壤的一條有效途徑。金屬硫蛋白(metallothioncin，MT)是一類廣泛存在于生物中的低分子量，富含半胱氨酸可結合重金屬的蛋白質，在土壤重金屬污染的治理中越來越引起人們的重視。 應用生物信息學技術從檉柳和星星草cDNA文庫中分別克隆了檉柳和星星草的 MT基因，對該基因編碼的MT進行了蛋白質

2、家族、疏水性、信號肽、等電點及分子量的預測，并選取了幾種植物的 MT 基因氨基酸序列進行了多序列比對分析及分子進化樹繪制，結果表明克隆的檉柳和星星草MT基因符合植物MT基因所具有的典型特征。 將從檉柳中克隆到的MT基因構建到載體pROKⅡ上，通過農桿菌介導的葉盤法對煙草進行遺傳轉化，共獲得75株卡那霉素抗性苗，轉化率達到78％。選取10株長勢良好的轉基因煙草進行分析，PCR檢測結果均為陽性；對其中6個轉基因株系進行PCR-Sou

3、thern雜交和Northern雜交，結果均為陽性，證明外源基因已整合到煙草基因組中并得到表達。 將在檉柳和星星草中克隆到的MT基因分別連接到載體pROKⅡ上，構建了檉柳和星星草MT基因雙價植物表達載體，對煙草進行遺傳轉化，共獲得83株卡那霉素抗性苗，轉化率達到75％。選取10株長勢良好的轉基因煙草進行分析，PCR檢測結果均為陽性：對其中7個轉基因株系分別用檉柳和星星草MT基因標記的探針進行PCR-Southern 雜交，結果均

4、為陽性；再從中選取5個轉基因株系進行Northern雜交，結果均為陽性，證明外源基因已整合到煙草基因組中并得到表達。 對非轉基因對照煙草、轉檉柳MT基因煙草和轉檉柳、星星草MT基因煙草T<,0>代組培苗進行了重金屬Cd和Cu脅迫試驗，測定并分析了各轉基因煙草及非轉基因對照煙草脅迫后的生根率、增重和株高變化。結果顯示，T<,0>代轉基因煙草在不同濃度CdCl<,2>和CuSO<,4>脅迫條件下，生根率、增重和株高均高于非轉基因對照

5、煙草。在CdCl<,2>脅迫下，非轉基因對照煙草能在100μmol·L<'-1>CdCl<,2>濃度下生長，轉檉柳MT基因煙草能在200μmol·L<'-1>CdCl<,2>濃度下生長，而轉檉柳、星星草MT基因煙草能在300μmol·L<'-1>CdCl<,2>濃度下生長。在CuSO<,4>脅迫下，在75 μmol·L<'-1>CuSO<,4>濃度下，三者均能正常生長；在150μmol·L<'-1>CuSO<,4>濃度下，對照煙草不能生

6、長，轉檉柳MT基因煙草生長緩慢，植株矮小，轉檉柳、星星草MT基因煙草大部分能正常生長；在225μmol·L<'-1>CuSO<,4>濃度下，轉檉柳、星星草MT基因煙草不能生長，但生長量有所增加。試驗表明，MT基因的導入提高了T<,0>代轉基因煙草對Cd和Cu的耐受力，其中轉基因煙草對Cd的抗性要高于對Cu的抗性，并且轉雙價MT基因比轉單價MT基因更能提高轉基因煙草對重金屬的耐受力。 將T<,0>代自交得到的轉基因煙草種子播種于含

7、100 mg/LKan的MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)20 d后，對8個轉基因株系的綠白苗之比進行統(tǒng)計，結果表明轉檉柳MT基因煙草T<,1>-5、T<,1>-8和轉檉柳、星星草MT基因煙草T<,1>′-2、T<,1>′-3的綠色苗與白化苗分離規(guī)律基本符合(2<'2>-1):1；轉檉柳MT因煙草T<,1>-6和轉檉柳、星星草MT基因煙草T<,1>′-9株系的綠色苗與白化苗分離規(guī)律基本符合(2<'4>-1):1。 對8個轉基因株系卡那霉素抗性植株

8、進行PCR檢測，結果均為陽性，初步證明了MT基因仍整合在煙草子一代基因組中。 對8個轉基因煙草株系子一代(T<,1>)進行了Cd脅迫試驗，測定并分析了CdCl<,2>脅迫下轉基因煙草生長量的變化。結果顯示，轉基因煙草T<,1>代組培苗在根長、根數(shù)、苗增重、葉片數(shù)方面均高于非轉基因對照煙草。轉檉柳MT基因煙草能夠在CdCl<,2>濃度為100μmol-L<'-1>培養(yǎng)基上生長良好，平均增重是非轉基因對照的3.07倍，平均根長是非轉

9、基因對照的1.96倍；轉檉柳、星星草MT基因煙草能夠在CdCl<,2>濃度為200μmol-L<'-1>培養(yǎng)基上生長，平均增重是非轉基因對照的3.85倍，平均根長是非轉基因對照的2.74倍；而非轉基因對照煙草在CdCl<,2>濃度為100μmol-L<'-1>時就表現(xiàn)為生長緩慢，根系受到明顯抑制。試驗表明轉雙價MT基因煙草比轉單價MT基因煙草具有更強的Cd抗性。證明了外源MT基因可以在煙草子一代中遺傳，該基因的表達提高了煙草對Cd脅迫的