調(diào)節(jié)水稻鎘吸收轉(zhuǎn)錄因子篩選及相關(guān)家族的生物信息學(xué)分析.pdf

1、重金屬污染問題已成為近年來最為關(guān)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(jìn)入土壤，被農(nóng)作物吸收而流入食物鏈，進(jìn)而嚴(yán)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(shí)長而見效緩慢。培育耐鎘農(nóng)作物品種是生物學(xué)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(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存的相關(guān)基因和蛋白質(zhì)，降低農(nóng)作物可食部分鎘的積累，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的安全食用。轉(zhuǎn)錄因子是一類重要的基因表達(dá)調(diào)控因子，對(duì)植物響應(yīng)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(duì)水稻籽粒中鎘積累有較大影響的轉(zhuǎn)錄因子，并對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)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(gè)方面進(jìn)行了深入研究:
　　1.將24個(gè)水稻轉(zhuǎn)錄因子的78個(gè)突變株與對(duì)照品系kitaaki種植于鎘含量達(dá)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(duì)照品系鎘含量達(dá)0.485mg/kg，是國標(biāo)限量標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍左右，屬于嚴(yán)重超標(biāo)。突變體中，鎘含量增加的有4個(gè)

3、株系，占5％;鎘含量降低的有74個(gè)株系，占95％。其中降低率超過30％的有51個(gè)株系，占66％，分屬于20個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。而且，有8個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的所有株系降低率超過30％，分別屬于3個(gè)家族，其中以bHLH家族成員最多，含5個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。鎘含量低于國標(biāo)限量標(biāo)準(zhǔn)，即降低率超過59％的有9個(gè)株系，占12％，分屬于8個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，分布于5個(gè)家族，其中以bHLH家族成員最多，含4個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。結(jié)果說明轉(zhuǎn)錄因子，尤其是bHLH家族轉(zhuǎn)錄因子可能影響水稻籽粒對(duì)鎘的

4、吸收和儲(chǔ)存。
　　2.分析了上述影響水稻鎘代謝的bHLH轉(zhuǎn)錄因子，獲得了9個(gè)基因。用生物信息學(xué)方法對(duì)這9個(gè)基因進(jìn)行了蛋白質(zhì)序列及結(jié)構(gòu)域分析，可知它們均存在bHLH特征結(jié)構(gòu)域，為典型bHLH類型轉(zhuǎn)錄因子。進(jìn)一步以這9個(gè)轉(zhuǎn)錄因子為標(biāo)準(zhǔn)序列進(jìn)行序列比對(duì)獲得54個(gè)與其具有同源性的bHLH轉(zhuǎn)錄因子，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析，發(fā)現(xiàn)54個(gè)轉(zhuǎn)錄因子分別隸屬7個(gè)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(shí)對(duì)該54個(gè)家族成員進(jìn)行D

5、NA結(jié)合活性分析發(fā)現(xiàn)，只有6個(gè)成員不具有DNA結(jié)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(diào)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(gè)家族中的成員進(jìn)行表達(dá)譜分析，得知C和B家族屬于組成型表達(dá)模式，I和X家族分別主要表達(dá)于莖、葉和種子中。而降低鎘含量效果明顯的成員中有3個(gè)屬于C家族，1個(gè)屬于I家族，X家族中的一個(gè)成員降低鎘含量相對(duì)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，