茶樹根系跨膜吸收氟的微觀機(jī)制和轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征.pdf

1、茶樹是氟(fluorine，F(xiàn))超量富集植物，茶樹葉片F(xiàn)含量高達(dá)每千克幾百至上千毫克，比一般植物高2個數(shù)量級。F主要在茶樹葉部積累，占其富積總量的90％以上，尤以老葉含量最高。茶葉中的F大約有40％～90％可被溶解到茶湯中，飲茶成為人體攝取F的重要途徑之一。根系是茶樹吸收F的主要器官，吸收多寡則與土壤F進(jìn)入根系的途徑有關(guān)。明確茶樹根系吸收富集F的微觀過程和分子機(jī)理對于調(diào)控茶樹對F的吸收富集，保障茶葉質(zhì)量安全具有重要意義。
　　本文

2、系統(tǒng)研究了Cl-、低溫、代謝抑制劑對茶樹根系吸收F的影響;分析了質(zhì)膜H+-ATPase在茶樹跨膜中的作用，初步剖析了茶樹根部跨膜吸收F/Cl的轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征及其差異，為揭示茶樹高量富集F的微觀機(jī)制提供理論依據(jù)。
　　(1)從確定茶樹吸收F離子所需要的最適宜時間(0-96h)看，在0-96h的處理時間范圍內(nèi)，茶樹吸收F呈現(xiàn)出快速(0-24h)和緩慢(48-96h)兩個吸收階段。根系F含量在72h時呈現(xiàn)出最高值，為262.7mg/kg。

3、本實(shí)驗(yàn)中把72h作為茶樹根系吸收F的最佳吸收時間。
　　(2)從確定茶樹吸收F離子所需要的最適宜濃度(0-5mM)看，隨著NaF濃度的增加，茶樹根系F吸收速率逐漸升高。當(dāng)NaF濃度為5mM時，茶樹根系F的吸收速率為最高值，并滿足動力學(xué)方程，Vmax=13.9μg·h-1·g-1(Root Dry weight，DW)，Km=0.59mM。本實(shí)驗(yàn)選擇NaF濃度為5mM作為最佳吸收濃度。
　　(3)從低溫(4℃)、C1-、代謝抑

4、制劑(2，4-DNP、NaN3和Na3VO4)等對茶樹根系吸收F的影響看，低溫削弱了茶樹根系對F離子的吸收能力，F(xiàn)含量降低了49.8％。代謝抑制劑2，4-DNP、NaN3和Na3VO4顯著抑制了茶樹根系對F的吸收，在2，4-DNP、NaN3和Na3VO4濃度分別為1mM、0.2mM、0.6mM時，F(xiàn)吸收量最少，分別比對照降低了16.08％、39.95％和20.56％。當(dāng)加入5mM的NaC1時，C1-明顯降低了茶樹對F的吸收，降低率為73

5、.1％，說明CI對茶樹根系吸收F-存在競爭作用。
　　(4)NMT(非損傷微測技術(shù))和質(zhì)膜H+-ATPase活性的研究結(jié)果顯示:當(dāng)加入5mM NaF時，H+外排從最初的-217.11pmol·cm-2·s-1逐漸減少，穩(wěn)定狀態(tài)時達(dá)到-73.51pmol·cm-2·s-1，說明NaF激活了質(zhì)膜H+-ATPase的活性，使質(zhì)膜活性升高了178.99％，從而促進(jìn)了茶樹根系對F離子的吸收，使得F含量增加了20.63％;當(dāng)加入Na3VO4時

6、，H+內(nèi)流從最初的-206.50pmol·cm-2·s-1逐漸減少，穩(wěn)定時達(dá)到-92.58pmol·cm-2·s-1，說明Na3VO4抑制了質(zhì)膜H+-ATPase的活性，抑制率為77.15％,從而降低了茶樹根系對F離子的吸收，抑制率為48.42％。
　　(5)利用Illumina Hiseq平臺，研究了茶樹吸收F/C1時的轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征，獲得了53.92Gb個數(shù)據(jù)，組裝去冗余后得到272628個Unigene，總長度、平均長度、

7、r>　　N50以及GC含量分別為216476384bp，794bp，1483bp和40.81％。將Unigene比對到七大功能數(shù)據(jù)(蛋白非冗余數(shù)據(jù)庫(Non-redundant Pprotein Database，Nr)、核苷酸集合數(shù)據(jù)庫(Nucleotide Collection，Nt)、蛋白質(zhì)系列數(shù)據(jù)庫(Swissprot Protein Sequence Database，Swissprot)、直系同源聚類分析(Cluster o

8、f Orthologous Group，COG)、京都基因與基因組百科全書(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG)、基因本體論(Gene Ontology，GO)、以及蛋白質(zhì)組分析數(shù)據(jù)庫(Interpro))庫進(jìn)行注釋，最終分別有129064(Nr:47.34％)、131735(Nt:48.32％)、85155(Swissprot:31.23％)、55935(COG:20.52％)、9

9、7526(KEGG:35.77％)、56947(GO:20.89％)以及81615(Interpro:29.94％)個Unigene獲得功能注釋。根據(jù)注釋結(jié)果共檢測出127713個CDS，未注釋上的Unigene使用ESTScan預(yù)測后獲得22076個CDS，同時預(yù)測出3374個編碼轉(zhuǎn)錄因子的Unigene。茶樹跨膜吸收F/C1過程中與膜轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)的差異基因有97條，上調(diào)基因有ABCA3，ABCB1，ABCB9，ABCB10，ABCC1，