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重金属胁迫从细胞生理生化、遗传等多个层次系统影响植物代谢活动和生长发育,进而造成产量品质损失。研究表明,植物对重金属胁迫的抗耐性机制可以分为避性和耐性两种途径;植物络合素(Phytochelatins,PCs)是络合素合酶(Phytochelatinsynthase,PCS)以谷胱甘肽为底物合成的富含半胱氨酸的多肽,可以螯合、区室化细胞内重金属离子,从而在一定程度上解除多种重金属的危害。对拟南芥、绊根草、大蒜、小麦、番茄等植物研究发现PCS基因表达不同程度地受Cd2+,Pb2+等元素诱导,具有一定的组织特异性;PCS基因表达水平提高可以增强PCs合成并进而提高植物对重金属胁迫的抗耐性。本实验室前期的研究也显示,马铃薯StPCS基因存在一定的结构差异,其表达水平可能与其重金属诱导以及抗耐性相关。本试验克隆、分析了 4份马铃薯材料植物络合素合酶基因(StPCS1)的完整编码区;并进一步检测了 4份材料在不同浓度(0、50、100、150、200μmol/L)的重金属(Cd、Pb、Cu、Zn)处理12h后StPCS的相对表达量;以期揭示StPCS结构与其对重金属抗耐性差异的关系,探讨不同重金属种类、浓度对StPCS表达的诱导效应及其在重金属抗耐性中的作用。主要结果和结论如下:1.与参考序列(AJ548472.1)相比4份马铃薯材料的StPCS基因完整编码区均在979碱基位点有差异;此外,C5在1233位点、SY1在674和1233位点、N5-08在1233和1300位点存在差异;并且除1233位点外,其余位点均引起所编码氨基酸的改变。2.将所得碱基序列翻译后与参考氨基酸序列(CAD68110.1)相比,4份供试材料均在327氨基酸位点有差异;此外SY1在225位点、N5-08在434位点有差异。蛋白结构预测与供试材料重金属抗耐性差异对比分析认为,这些StPCS结构的差异可能并不是供试材料间重金属抗耐性差异的主要因素。3.在对照条件下,4份材料StPCS相对表达量由高到低依次为SY1、C5、N5-48、N5-08,其中C5和SY1相对表达量较为接近,均显著高于N5-08和N5-48;经不同重金属处理后,N5-08的StPCS相对表达量增幅最高,C5其次,SY1及N5-48较低;结合材料抗耐性差异分析认为,重金属抗耐性的差异主要与其StPCS基因经诱导后表达水平增幅相关,同时其基础StPCS表达水平也会有一定影响;诱导表达越高、基础表达水平高,其重金属抗耐性越好。4.在Cd处理下,4份材料StPCS相对表达量均显著增加,且整体水平明显高于其余金属处理;除SY1为50μmol/L 外,其余品种均在Cd含量为100μmol/L时表达量达到最大值。在Pb处理下,除N5-48与对照无显著差异外,其余各材料StPGS相对表达量均显著增加;与Cd处理相比,出现表达峰值的处理浓度提高。在Cu处理下,C5及N5-08表达量显著提高,SY1及N5-48各处理与对照间差异不显著。在Zn处理下,除N5-48外其余材料相对表达量均显著增加,且达到最大值时的Zn浓度各不相同。5.本实验中StPCS的表达受重金属Cd、Pb、Cu、Zn的诱导,不同金属对StPCS的表达诱导能力不同,不同品种对金属诱导的响应不同,且金属浓度对诱导其表达有一定的影响;即品种×金属种类、品种×金属浓度、金属种类×金属浓度、品种×金属种类×金属浓度间有极显著的互作效应;其中Cd对StPCS表达的诱导作用最为显著,且4份材料均受Cd诱导。