調節(jié)水稻鎘吸收轉錄因子篩選及相關家族的生物信息學分析.pdf

1、重金屬污染問題已成為近年來最為關注的環(huán)境問題和食品安全問題之一。重金屬鎘(Cd)通過各種途徑進入土壤，被農(nóng)作物吸收而流入食物鏈，進而嚴重威脅人類健康。減少鎘金屬利用、更換土壤等措施解決鎘污染問題，投資成本巨大，耗時長而見效緩慢。培育耐鎘農(nóng)作物品種是生物學家提出的緩解鎘污染的方案:通過開發(fā)植物控制鎘吸收、轉運和儲存的相關基因和蛋白質，降低農(nóng)作物可食部分鎘的積累，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的安全食用。轉錄因子是一類重要的基因表達調控因子，對植物響應環(huán)境影響

2、具有非常重要的作用。為此，本文通過篩選能對水稻籽粒中鎘積累有較大影響的轉錄因子，并對其進行生物信息學分析，以期找到有可能用于耐鎘農(nóng)作物培育的基因。具體從以下兩個方面進行了深入研究:
　　1.將24個水稻轉錄因子的78個突變株與對照品系kitaaki種植于鎘含量達6.8mg/kg的鎘污染土壤中，收獲后測定籽粒中的鎘含量。發(fā)現(xiàn)對照品系鎘含量達0.485mg/kg，是國標限量標準的2.5倍左右，屬于嚴重超標。突變體中，鎘含量增加的有4個

3、株系，占5％;鎘含量降低的有74個株系，占95％。其中降低率超過30％的有51個株系，占66％，分屬于20個轉錄因子。而且，有8個轉錄因子的所有株系降低率超過30％，分別屬于3個家族，其中以bHLH家族成員最多，含5個轉錄因子。鎘含量低于國標限量標準，即降低率超過59％的有9個株系，占12％，分屬于8個轉錄因子，分布于5個家族，其中以bHLH家族成員最多，含4個轉錄因子。結果說明轉錄因子，尤其是bHLH家族轉錄因子可能影響水稻籽粒對鎘的

4、吸收和儲存。
　　2.分析了上述影響水稻鎘代謝的bHLH轉錄因子，獲得了9個基因。用生物信息學方法對這9個基因進行了蛋白質序列及結構域分析，可知它們均存在bHLH特征結構域，為典型bHLH類型轉錄因子。進一步以這9個轉錄因子為標準序列進行序列比對獲得54個與其具有同源性的bHLH轉錄因子，并對其進行系統(tǒng)進化分析，發(fā)現(xiàn)54個轉錄因子分別隸屬7個不同的亞家族，占水稻、擬南芥共有的bHLH亞家族數(shù)目的34％。同時對該54個家族成員進行D

5、NA結合活性分析發(fā)現(xiàn)，只有6個成員不具有DNA結合活性，其他成員則可能通過下游基因的E-box或G-box來行使調控的功能。此外，在水稻OsbHLH的候選成員中，選取了C、I、B和X四個家族中的成員進行表達譜分析，得知C和B家族屬于組成型表達模式，I和X家族分別主要表達于莖、葉和種子中。而降低鎘含量效果明顯的成員中有3個屬于C家族，1個屬于I家族，X家族中的一個成員降低鎘含量相對明顯，這表明它們很有可能通過在植物的不同組織部位行使功能，