《磷轉運子基因在植物積累砷過程中的作用機理研究》是依託北京科技大學，由王海鷗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磷轉運子基因在植物積累砷過程中的作用機理研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：王海鷗
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
去除土壤、水體等環境中的砷及減少農作物對砷的吸收和積累是降低砷污染危害的兩個關鍵途徑，對植物的砷吸收、轉運及積累過程的分子機制的深入理解，將有助於這兩個途徑的成功。大量研究已證明土壤中的磷對砷吸收有重要影響，但由於磷在砷的吸收和轉運的過程中表現出的作用極為複雜、甚至相互矛盾，傳統的含量分析方法已難以作出解釋，所以迫切需要從分子水平闡明兩者間的關係。本項目選擇從磷和砷在細胞膜及細胞內的轉運載體- - 磷轉運子的基因表達調控著手，採用基因克隆、轉基因和RNA干擾等技術，從分子水平上直接研究植物體內砷吸收和轉運過程的作用機制。在此基礎上分析超積累和非超積累植物在砷吸收和轉運過程中在基因調控機制上的差異，以期初步闡明砷在植物體內吸收和轉運機制。本研究對於降低農作物的含砷量和構造轉基因超積累植物用於修復砷污染都具有重要的理論和實踐意義。
結題摘要
砷（As）污染是全球環境熱點問題之一，並且如何治理砷污染是全世界共同面臨的一個急需解決的難題。土壤中的砷進入植物後，通過食物鏈的富集作用可對人體健康造成危害。因此，研究植物砷的吸收和轉運機制是砷污染植物修復治理的一個關鍵問題。砷和磷處於元素周期表同一族，它們具有相似的化學性質和結構，在植物的吸收過程中也有相互作用。為了充分認識植物吸收砷和磷的分子機理，本研究在分子水平上比較研究了超級累植物蜈蚣草和非超積累植物水稻的磷砷吸收和轉運機制在基因調控機制上的差異。本研究的開展分為三步： 1、順利構建蜈蚣草、水稻根細胞全長cDNA文庫和PT序列的克隆，利用PT序列篩選上述文庫獲得植物PT基因全長cDNA的克隆（正在進行中），完成序列分析工作，向GenBank 資料庫提交蜈蚣草和水稻PT基因。高效PT轉運子目前已經成功克隆出4條，對於OsPT7已經完成測序，並證明和GenBank中的序列信息相似度達99%。 2、將水稻基因OsPT7轉入酵母細胞中構建重組菌株，進行砷酸鹽和亞砷酸鹽的脅迫培養進行功能驗證。研究結果表明OsPT7基因為誘導型的高親和力磷轉運子。此外，檢測重組表達菌株在砷酸鹽和亞砷酸鹽環境下脅迫培養下的磷和砷的吸收和轉運中的關係，證明水稻磷轉運基因OsPT7可以有效地運送As（Ⅴ）跨膜進入酵母細胞，並且通過對As（Ⅴ）和P的吸收量測定發現二者的吸收具有協同關係。 3、分別比較研究磷元素對超級累植物蜈蚣草/非超級累植物水稻在不同濃度As(Ⅴ)/（III）脅迫後的分子回響機制。研究發現：磷的添加能夠促進蜈蚣草和水稻葉與根對於As的富集，As、P兩者吸收呈協同關係。隨著As脅迫濃度增高，兩種植物體內選取的涉及解毒和區室化基因表達量都上調，證明這些基因參與了植物對砷的富集和解毒過程。具體表現為缺磷條件下蜈蚣草以As(Ⅴ)還原為As(Ⅲ)以及As(Ⅲ)的外排為主要解毒機制，而有磷條件下蜈蚣草以砷的絡合作用並將砷的絡合物移至液泡區隔化為主要解毒機制；OsNIP2：2 （Lsi6）基因的表達與水稻地上部和根部As(III)的積累有明顯的正相關。對抗氧化系統酶活性測定發現，添加磷加劇了蜈蚣草和降低了水稻的膜質過氧化程度；蜈蚣草抗氧化酶的活性與生長情況呈正相關的變化趨勢，並且添加磷能降低抗氧化酶的活性；無磷條件會加劇水稻根部的膜質過氧化損傷並誘導了抗氧化基因和相關解毒基因的表達上調。
