陸地棉GhZRT4基因的克隆及其在金屬離子吸收過程中的功能研究.pdf

1、近年來,在植物中已鑒定出多種金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如ZIP家族、NRAMP家族、ABC家族、CDF家族等,它們都有與金屬吸收及跨膜運(yùn)輸相關(guān)蛋白,在金屬吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)過程中起著重要作用,但由于轉(zhuǎn)運(yùn)體的不同,各個(gè)吸收系統(tǒng)的性能和親和性不同,并非所有轉(zhuǎn)運(yùn)體均可轉(zhuǎn)運(yùn)多種金屬離子。棉花是一種對缺鋅敏感和耐鋅較強(qiáng)的纖維作物,對鎘污染也有不同程度的耐受能力,而目前關(guān)于棉花中ZIP家族基因功能的研究未見報(bào)道,有研究表明植物對鎘的吸收主要是通過必需營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如

2、ZIP家族實(shí)現(xiàn)的。因此對來自棉花中ZIP家族的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在植物金屬元素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)中的功能進(jìn)行研究,提高該植物對金屬元素的利用效率,尤其是提高植物修復(fù)鎘污染土壤效率具有十分重要意義。本研究通過對比金屬(Zn、Fe、Mn、Cu及Cd)處理下,轉(zhuǎn)GhZRT基因煙草與野生型(WT)煙草生長及金屬富集情況,探討GhZRT基因編碼的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在植物對鋅、鐵、銅、錳及鎘吸收過程中的功能。得出的主要結(jié)論如下:
　　 (1)采用轉(zhuǎn)基因技術(shù),克隆出

3、了GhZRT4基因,采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法成功將此基因轉(zhuǎn)入到普通煙草中,通過Real-timeRT-PCR分析其基因在煙草植株中的表達(dá),從而篩選出了表達(dá)特性較高的T1代轉(zhuǎn)基因植株,通過GUS花粉染色,獲得了T2代純合子轉(zhuǎn)基因煙草,為進(jìn)一步研究提供了材料。
　　 (2)不同金屬處理對兩種煙草的生長影響不同,且轉(zhuǎn)GhZRT4和WT煙草其生長狀況也有明顯差異。加鐵、加錳處理,可促進(jìn)轉(zhuǎn)GhZRT4和WT煙草的生長,生物量均有較大提高,增加

4、幅度為124.49%～641.67%,但對WT煙草生長的刺激作用更大。而加銅、加鎘處理使WT和轉(zhuǎn)GhZRT4煙草均受到明顯毒害作用,根長、生物量均降低,加銅處理使轉(zhuǎn)GhZRT4煙草地上部生物量降低40.82%,加鎘處理使轉(zhuǎn)GhZRT4煙草根長、根和地上部干重分別降低34.92%,33.33%和29.59%,且對轉(zhuǎn)GhZRT4煙草生長的抑制作用強(qiáng)于WT煙草。缺鐵處理對煙草生長也有一定的抑制,兩種煙草根系生物量的降低幅度相當(dāng),使WT和轉(zhuǎn)Gh

5、ZRT4煙草地上部生物量分別降低18.57%、44.90%。缺鋅、加鋅處理均可促進(jìn)WT煙草的生長,生物量提高,提高幅度為70%～141.67%,而缺鋅對轉(zhuǎn)GhZRT4煙草根部生物量影響不明顯,使其地上部生物量降低14.29%,加鋅明顯抑制了轉(zhuǎn)GhZRT4煙草的生長,使轉(zhuǎn)GhZRT4煙草根和地上部生物量分別降低20.83%和46.94%。
　　 (3)在對照、缺鋅、加鋅處理中,轉(zhuǎn)GhZRT4煙草根鋅含量均較WT高,對于地上部鋅含量

6、,缺鋅處理二種煙草間差異不大,但加鋅處理轉(zhuǎn)GhZRT4煙草較WT顯著降低,且鋅的轉(zhuǎn)移系數(shù)均為GhZRT4煙草低于WT煙草,表明GhZRT4基因的導(dǎo)入有助于鋅在煙草根部積累,不利于其向上轉(zhuǎn)運(yùn)。轉(zhuǎn)GhZRT4煙草根和地上部鎘含量均高于WT煙草,前者根和地上部鎘含量分別是后者的2.1倍和2.2倍,因此GhZRT4基因的導(dǎo)入促進(jìn)了煙草對鎘離子的吸收。處理相同時(shí),轉(zhuǎn)GhZRT4煙草根和地上部銅含量均明顯高于WT,表明GhZRT4基因在煙草對銅離子