鉛鋅脅迫下普陀山苔草(Carex putuoshan)植物絡(luò)合素合酶基因應(yīng)答初步研究.pdf

1、植物在進化過程中形成了一系列重金屬脅迫的響應(yīng)機制，植物絡(luò)合素(Phytochelations，PCs)即是其中之一，它在植物響應(yīng)重金屬脅迫過程中發(fā)揮著重要的作用。植物絡(luò)合素(PCs)不是由基因直接編碼合成，而是由植物絡(luò)合素合成酶(Phytochelatin synthase，PCS)催化完成。本課題選取鉛超富集植物普陀山苔草(Carex putuoshan)為對象，以非富集植物金葉苔草(Carex Evergold)為對照，通過鉛鋅脅迫

2、處理，研究脅迫條件下普陀山苔草的應(yīng)答模式，特別是通過植物絡(luò)合素合酶基因在鉛鋅脅迫下不同時間的組織表達(dá)特點，以及該基因的結(jié)構(gòu)、進化關(guān)系及蛋白三維結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)研究，從而對普陀山苔草鉛超富集的分子機制進行探討，為鉛鋅重金屬污染土修復(fù)的植物培育奠定基礎(chǔ)。主要結(jié)論如下:
　　(1)實時熒光定量PCR分析結(jié)果顯示，鉛鋅脅迫下普陀山苔草植物絡(luò)合素合酶基因(CpPCS)及金葉苔草植物絡(luò)合素合酶基因(CePCS)表達(dá)量均升高，CpPCS的表達(dá)模式是普

3、陀山苔草超富集鉛機制的重要組成部分。鉛(600mg/L)、鋅(125mg/L)、鉛鋅復(fù)合(Pb600mg/L; Zn125mg/L)脅迫下，CpPCS及CePCS在葉中的表達(dá)量顯著增加，遠(yuǎn)大于在根中的增加量，這解釋了普陀山苔草地上部分鉛富集量高于地下部分;鉛(600mg/L)、鋅(125mg/L)、鉛鋅復(fù)合(Pb600mg/L; Zn125mg/L)脅迫下，CpPCS及CePCS的表達(dá)量大部分隨著時間變化呈現(xiàn)先升高后略微降低再升高的趨勢

4、;研究表明:鉛鋅復(fù)合(Pb600mg/L; Zn125mg/L)脅迫36h后，普陀山苔草葉片CpPCS基因表達(dá)量達(dá)空白對照組的12倍，是同期處理條件下金葉苔草CePCS表達(dá)量的8倍，其CpPCS蛋白酶活也是CePCS的8倍。故CpPCS蛋白催化合成的PCs結(jié)合鉛離子的量遠(yuǎn)高于CePCS蛋白，這是普陀山苔草鉛超富集的酶活重要特征。
　　(2)普陀山苔草植物絡(luò)合素合成酶基因克隆及編碼蛋白結(jié)構(gòu)研究表明:普陀山苔草CpPCS基因的開放閱讀

5、框由1461個堿基組成，編碼一個含有486個氨基酸殘基的蛋白，其等電點為6.12，分子量為53.86Kda，預(yù)測脂肪系數(shù)為87.65，不穩(wěn)定系數(shù)為47.56，為不穩(wěn)定蛋白，亞細(xì)胞定位預(yù)測CpPCS蛋白定位于細(xì)胞核。經(jīng)BLAST比對發(fā)現(xiàn)，普陀山苔草絡(luò)合素合酶結(jié)構(gòu)域，與玉米、蘆葦、大蒜、粉藍(lán)煙草的PCS氨基酸序列相似性分別為64％、63％、63％、63％。CpPCS有19個半胱氨酸(Cys)殘基散布在蛋白的不同區(qū)域上，并組合成五個Cys-(