《轉運蛋白SaPCT在超積累植物富集鎘過程中的功能研究》是依託華中師範大學，由張中春擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：轉運蛋白SaPCT在超積累植物富集鎘過程中的功能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張中春
- 依託單位：華中師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國環境重金屬污染形勢嚴峻，危害深遠。植物螯合肽（PCs）是解除植物重金屬毒害的重要有機生物分子，可作為配體參與重金屬向液泡內轉運，以及重金屬在植物體內的長距離運輸，但調控PCs進出細胞的轉運蛋白迄今尚未發現。申請人前期在東南景天中克隆到一個潛在的質膜PCs轉運蛋白基因SaPCT，發現該基因可能對超富集鎘具有重要作用。本項目擬在此基礎上，研究SaPCT轉運PCs的動力學特性，鑑定SaPCT轉運PCs的功能基團，揭示SaPCT轉運底物的生化特徵；研究SaPCT基因表達的組織特異性和蛋白亞細胞定位，篩選其轉錄因子，揭示SaPCT基因的表達與轉錄調控規律；進一步分析SaPCT基因的RNA干擾植株和嫁接植株富集鎘的表型，闡明SaPCT在植株體內的功能。本研究有助於揭示SaPCT基因在東南景天超富集鎘過程中的作用，為植物遺傳改良提供基因資源和理論借鑑，以服務於環境重金屬污染的治理。
結題摘要
當前環境重金屬污染形勢嚴峻，危害深遠。研究植物耐受和富集重金屬的機理，有助於發展植物修復技術，治理環境重金屬污染問題。在國家自然科學基金的資助下，按照計畫，該項目深入研究了鎘在植物中的轉運及脫毒害機制。篩選並克隆了東南景天的SaPCT基因，SaPCT基因和擬南芥的AtOPT4基因有較高的同源性，其編碼蛋白的胺基酸序列相似性達到80%，故可將SaPCT命名為SaOPT4。OPT4定位於細胞質膜，可向細胞內轉運谷胱甘肽和植物螯合肽，同時也可向細胞外轉運重金屬鎘。在重金屬脅迫下，OPT4基因在東南景天葉片中的表達降低，而在根和莖中的表達幾乎不受影響。在突變體中的進一步研究表明，OPT4基因在擬南芥莢果中的表達受到鎘的抑制，其突變可顯著降低莢果中鎘的積累。OPT4基因在東南景天和擬南芥中可能具有相似的功能，通過降低基因表達的方式，降低重金屬鎘進入植物光合器官葉片和生殖器官莢果。此外，誘導了積累型和非耐受型東南景天的懸浮細胞，發現積累型東南景天懸浮細胞具有外排鎘的特性，而非耐受型東南景天懸浮細胞不具有這個特徵。通過轉錄組和螢光定量PCR分析，發現鎘外排轉運蛋白SaHMA2，而不是SaHMA4，在積累型東南景天懸浮細胞和根莖葉中的表達均顯著高於非耐受型東南景天，對鎘在積累型東南景天植株體內的高效轉運具有重要功能。運用蛋白質組學比較了積累型和非耐受東南景天葉片在應答鎘脅迫過程中的差異蛋白質，發現POE和nsLTP可能參與細胞膜/細胞壁結構修飾過程，從而促進鎘在植物體內的高效轉運。該項目的研究結果目前分別在國際植物學主流期刊Molecular Plant, FEBS letter和Plant Biotechnology Report各發表1篇研究論文，這為培育低重金屬富集作物的遺傳改良具有重要的借鑑意義，也促進了人們對植物超富集重金屬獨特機制的認識。
