拟南芥XCD1在锌胁迫调控中的功能研究

发布时间：2017-08-14 09:42

  本文关键词：拟南芥XCD1在锌胁迫调控中的功能研究

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【摘要】：随着人口快速增长、工业的发展、工厂及生活废弃物的排放以及农业化肥农用药物等施用量的不断增加,许多有害有毒物质不断进入土壤系统,使得土壤重金属污染已成为一个全球性的严重的环境问题。锌作为全球公认的重金属元素之一,在其污染土壤中会通过土壤—粮食—人和土壤—蔬菜—人这些食物链进行积累、迁移和传递,最终会严重威胁到人体健康。植物修复是解决土壤锌污染的重要途径之一,而将植物修复技术与基因工程技术结合,并应用于解决土壤重金属锌污染问题,则是本文研究的主要内容,而该研究的关键在于对植物耐受锌毒害及其积累的分子机理的认识,及其在实践中的应用效果研究。本研究基于前期工作, 利用已经发现的一个拟南芥基因XCD1(At3g10890),在该基因缺失时,拟南芥植株对锌较为敏感,而XCD1的过量表达植株,对锌的耐受性明显增强。为进一步研究该基因的在锌胁迫下的作用机理,对XCD1在植物应对重金属锌胁迫过程中的生物学功能进行了研究。主要研究结果如下：(1)在正常生长条件下,野生型和XCD1敲除突变体xcdl-1、xcdl-2及XCDl过量表达株系XCD1OE4、XCD1OE5的生长没有显著差异；在Zn胁迫下,突变体xcdl-1、xcdl-2表现为对锌胁迫敏感,过量表达株系XCD1OE4、 XCD1OE5表现为对为对锌胁迫耐受,且根长和鲜重数据显示规律也与表型规律一致,表明XCD1正向调控铅胁迫响应。(2)利用组织活性染色和qRT-PCR方法对XCD1的组织特异性表达进行了分析,发现该基因在拟南芥各个组织中均有表达,其中在根和花中的表达量相对较高。(3)锌含量分析表明,XCD1过量表达株系中锌的含量相比野生型中锌的含量有所增加,而xcdl突变体株系xcdl-1、xcdl-2吸收的锌含量就要比野生型株系中低,并且大部分的锌都积累在根部。上述这种差异主要体现在根中,野生型,突变体和过表达株系茎部的锌含量基本无差异。(4)进一步分析了拟南芥中与锌胁迫相关的下游基因的表达水平,发现xcdl突变体经重金属锌胁迫处理后GSH1、GSH2、PCS1和PCS2基因的转录水平与与野生型相比显著增加,表明XCD1可能通过调控GSH依赖的PC成途径来增加植物对锌的耐受。(5)为了进一步确认XCD1调控植株锌耐受的途径,我们测定了野生型、xcdl突变体和XCD1过量表达株系中谷胱甘肽的含量(GSH+2GSSG)及植物螯合肽(PC)的含量,测定结果显示在过量表达株系中植物螯合肽(PC)的含量明显高于野生型,而在xcdl突变体中植物螯合肽(PC)的含量较野生型中低。由此我们得出结论,XCD1可以通过谷胱甘肽依赖的植物螯合肽合成途径来调控植物锌的耐受和积累。(6)在前人研究中发现,甘露糖作为XCD1的产物,可能作为信号分子,参与XCD1介导的Cd的耐受的调控。在本文中我们也研究了外源甘露糖施加对于植物锌胁迫的响应,结果表明,外源甘露糖能够恢复xcdl突变体在锌胁迫下的敏感表型,且能够增加还原型谷胱甘肽GSH含量及植物螯合肽含量,植物体内积累的锌含量也同时增加。(7)我们还采用水培试验验证甘露糖在实际工作中的应用,实验发现水培条件下外源加入甘露糖的株系中,锌的积累量由16.33mg/g上升至21.28mg/g,结果表明甘露糖在重金属污染修复方面具有巨大的潜力。
【关键词】：拟南芥 锌污染 XCD1 GSH-PC途径 解毒机制
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;X173
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 土壤重金属污染16-18
• 1.1.1 土壤重金属污染及其现状16-17
• 1.1.2 锌污染及其现状17-18
• 1.2 锌污染对土壤及植物的危害18-20
• 1.2.1 对土壤的危害18
• 1.2.2 对植物的危害18-20
• 1.3 植物对重金属的积累和耐性机制20-23
• 1.3.1 植物对重金属的耐性机制21
• 1.3.2 重金属在植物体内的积累方式21-23
• 1.4 本研究的目的及意义23-24
• 第二章 材料与方法24-36
• 2.1 实验材料24
• 2.1.1 植物材料24
• 2.1.2 菌株与质粒24
• 2.2 主要试剂24-25
• 2.2.1 常用酶类24
• 2.2.2 常用试剂盒24-25
• 2.2.3 常用生化试剂25
• 2.3 常用溶液与试剂的配制25-28
• 2.3.1 1/2MS培养基(PH=7.0)25
• 2.3.2 拟南芥土培营养液(MOL/L)25-26
• 2.3.3 LB培养基(PH=7.0)26
• 2.3.4 SOB培养基(PH=7.0)26
• 2.3.5 50×TRIS-乙酸(TAE)缓冲液26-27
• 2.3.6 2%CTAB缓冲液27
• 2.3.7 拟南芥植株侵染缓冲液(500ML,PH=5.7)27
• 2.3.8 其他试剂27-28
• 2.4 主要设备、仪器28-29
• 2.5 实验方法29-36
• 2.5.1 种子灭菌29
• 2.5.2 拟南芥的种植与培养29-31
• 2.5.3 根长与鲜重的测量31
• 2.5.4 锌含量的测定31
• 2.5.5 谷胱甘肽和植物螯合肽含量测定31-33
• 2.5.6 GUS染色33
• 2.5.7 植物基因组DNA的提取(CTAB法)33-34
• 2.5.8 基因定量RT-PCR34-36
• 第三章 结果与讨论36-56
• 3.1 野生型、突变体、XCD1过量表达株系在正常条件下的发育状况36-38
• 3.1.1 土壤生长条件下的表型分析36-37
• 3.1.2 培养皿生长条件下的表型分析37-38
• 3.2 XCD1功能缺失突变体XCD1-1、XCD1-2对锌敏感的表型38-39
• 3.3 XCD1过量表达增加锌的耐受39-41
• 3.4 XCD1能被锌诱导表达41
• 3.5 XCD1的组织特异性表达41-42
• 3.6 XCD1通过调控GSH依赖的PCS合成途径增加锌的耐受42-47
• 3.6.1 野生型、XCD1突变体和XCD1过量表达株系中锌的含量42-43
• 3.6.2 野生型、XCD1突变体、XCD1过量表达株系锌胁迫相关基因表达43-45
• 3.6.3 野生型、XCD1突变体和XCD1过量表达株系锌胁迫下谷胱甘肽含量45-46
• 3.6.4 野生型、XCD1突变体和XCD1过量表达株系锌胁迫下植物螯合肽含量46-47
• 3.7 甘露糖参与XCD1介导的锌耐受的调控47-49
• 3.7.1 外源甘露糖增加XCD1突变体对锌胁迫的耐受47-49
• 3.8 甘露糖通过调控谷胱甘肽依赖的植物螯合肽合成途径增加锌的耐受49-53
• 3.8.1 锌胁迫下外源甘露糖处理增加野生型中锌含量49-50
• 3.8.2 外源甘露糖处理锌胁迫相关基因表达50-52
• 3.8.3 锌胁迫下外源甘露糖处理野生型中谷胱甘肽含量52-53
• 3.8.4 外源施加甘露糖时野生型株系锌胁迫下植物螯合肽含量53
• 3.9 水培处理下甘露糖的施加增加拟南芥植株对锌的吸收53-54
• 3.10 小结54-56
• 第四章 结论与展望56-58
• 4.1 结论56-57
• 4.2 展望57-58
• 参考文献58-65
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果倩况65

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1 刘云蕾;拟南芥XCD1在锌胁迫调控中的功能研究[D];合肥工业大学;2016年

2 柏晓娅;XCD1基因调控拟南芥抗镉的机理研究[D];合肥工业大学;2013年

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本文编号：672027