《楊樹在解除鎘毒害過程中新靶基因的克隆與功能分析》是張帆為項目負責人，四川農業大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：楊樹在解除鎘毒害過程中新靶基因的克隆與功能分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張帆
- 依託單位：四川農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鎘是造成土壤和水體污染的一種主要重金屬，對人類健康和生態系統的危害甚大。鎘對植物毒害的作用機制和植物對鎘污染土壤的修復是世界重金屬生物學研究的熱點問題。儘管對此的研究很多，但至今未能找到鎘對植物產生毒害的真正原因和機制。為合理解釋筆者在實驗中發現的在鎘脅迫的同時施氮和高濃度鎘處理能促進楊樹生長的異常現象，本項目擬以歐美107 楊無性係為材料進行鎘脅迫和外施氮處理，研究N源對楊樹積累鎘是否存在影響；同時利用轉錄組測序研究，篩選Cd處理和N+Cd處理差異表達的基因，並通過Real-Time PCR和Northern 雜交驗證部分侯選基因並進行功能分析，尋找鎘脅迫下楊樹對鎘解毒過程中新的靶基因，為進一步探討植物對鎘的解毒機制和轉抗鎘基因奠定基礎。研究成果不僅有望豐富和完善現有植物重金屬生物學的基礎理論，而且能為土壤重金屬污染的植物修復提新的思路和方法，因此具有重要的科學意義和實踐價值。
結題摘要
鎘（Cadmium）是造成土壤和水體污染的一種主要重金屬，對人類健康和生態系統的危害甚大。鎘對植物毒害的作用機制和植物對鎘污染土壤的修復是世界重金屬生物學研究的熱點問題。儘管對此的研究很多，但至今未能找到鎘對植物產生毒害的真正原因和機制。為合理解釋筆者在實驗中發現的在鎘脅迫的同時施氮和高濃度鎘處理能促進楊樹生長的異常現象，探討外源氮在植物對鎘解毒過程中的重要作用，為土壤重金屬污染的植物修復提供新的思路和方法，因此具有重要的科學意義和實踐價值。本項目按照項目計畫書，課題組完成了以下研究內容：1.以‘川鄉1號’楊為材料進行鎘脅迫和外施氮處理，研究鎘脅迫下增施外源氮對楊樹植株生長和對鎘吸收、積累的影響，結果表明：鎘脅迫下增施氮顯著促進楊樹植株的生長，提高楊樹植株對Cd的吸收和積累。2利用透射電鏡對鎘處理下增施氮對楊樹葉綠體超微結構的影響進行研究。結果表明：單獨的鎘脅迫處理葉綠體結構遭到破壞，鎘脅迫下增施氮處理葉綠體沒有明顯損傷，膜結構保持完整。3利用轉錄組測序研究，篩選到Cd處理和N+Cd處理差異表達基因（DEGs）2738個。同時利用KEGG對差異表達基因進一步進行功能分析，從中篩選出氮素誘導的對鎘解毒的關鍵候選差異表達基因8個。其中3個DEGs（Potri.006G024200, Potri.010G61100, Potri.T178900）參與谷胱甘肽（GSH）解毒途徑；2個DEGs誘導半胱氨酸的合成；1個DEG （Potri.002G02450）參與甘氨酸的合成，而半胱氨酸和甘氨酸都是是合成谷胱甘肽和植物螯合肽（PCs）的前體物質。另外2個DEGs分別參油菜素內酯和水楊酸的合成。4同時利用螢光定量qPCR和生物信息學方法對部分候選基因進一步進行功能分析發現，谷胱甘肽轉移酶（GST）在解毒過程中起關鍵作用。5 上述研究表明：外源氮誘導植物對鎘解毒的機理主要是2個方面：（1）誘導抗逆信號物質（如油菜素內酯和水楊酸）的合成，提高植物體內抗氧化物酶活性，清除植物體內鎘脅迫產生的活性氧，從而提高植物對鎘的耐受性；另一方面，誘導谷胱甘肽（GSH）和植物螯合肽(PCs)合成中關鍵基因的上調錶達，促進GSH和PC的合成,提高對重金屬鎘的螯合而達到解毒的目的。
