论文部分内容阅读
盐和重金属胁迫严重制约了植物的生长发育与产量,寻找抗逆性突出的物种,研究其抗逆机制,从中挖掘优质抗逆基因资源,对土壤生物修复和抗逆品种培育意义重大。长叶红砂（Reaumuria trigyna）为柽柳科（Tamaricaceae）红砂属（Reaumuria L.）小灌木,具有极强的抗逆性,其耐盐和抗旱机制均得到了较为深入的研究,但抗重金属胁迫的能力并未得到关注,相关机理尚不清楚。针对这一问题,本论文以长叶红砂作为研究对象,对其进行镉胁迫下的转录组学分析和耐镉基因筛选,从中克隆获得1个镉转运基因RtCAX3,将该基因转化至拟南芥中解析其抗逆功能,为长叶红砂重金属胁迫抗性机理的阐明奠定良好基础,并为利用该植物改良重金属污染土壤提供理论依据。主要结果如下:1、本研究使用RNA-seq技术对镉胁迫下长叶红砂幼苗进行转录组学分析,共获得115377条Unigenes,有45485条Unigenes注释到NR、GO等7大数据库中。GO分析显示,Unigenes富集在“细胞过程（Cellular process）”条目的数量最多;KOG分析显示,Unigenes富集在“翻译后修饰、蛋白质更新与分子伴侣（Posttranslational modification,protein turnover,chapterone）”条目的数量最多。2、对长叶红砂镉胁迫转录组中的镉转运蛋白进行分析,结果发现NRAMP、HMA、MTP、CAX、ZIP、YSL和ABC等介导镉转运的蛋白家族在对照和镉处理组中均有表达,差异表达基因有9条,其中NARMP家族有1个成员在镉胁迫下受到抑制,基因表达水平下调;ZIP家族有5个成员表达水平上调;YSL家族中有2个成员的基因在镉胁迫时上调表达;CAX家族中有1个成员的基因在镉胁迫时上调表达。3、选取上调表达的CAX3基因,进行克隆及特性分析,结果显示,RtCAX3基因ORF为1326 bp,编码442个氨基酸残基组成的蛋白质。该基因在长叶红砂根、茎、叶中均有表达,同时可被盐、干旱、Cd Cl2和低温诱导;亚细胞定位显示其定位于液泡膜。4、将RtCAX3基因转入拟南芥中过量表达,对野生型和转基因拟南芥进行盐和Cd Cl2处理,观察到转基因株系的生长状况更好,其抗氧化酶活性和脯氨酸含量均显著高于野生型,丙二醛和过氧化氢含量显著低于野生型。6个逆境响应基因在转基因拟南芥中被诱导表达且表达量明显高于野生型。因此,RtCAX3基因可能通过提高抗氧化酶活性、维持渗透平衡、促进逆境响应基因的表达来提高转基因拟南芥对重金属镉的耐受性。