XCD1基因調(diào)控?cái)M南芥抗鎘的機(jī)理研究.pdf

1、土壤重金屬鎘（Cd）污染是全球面臨的環(huán)境問題。植物修復(fù)是解決土壤Cd污染的重要途徑之一?；蚬こ淌谦@得Cd超量積累植物的新方法，而這項(xiàng)工作的關(guān)鍵在于對(duì)植物耐受Cd毒害及其超量積累的分子機(jī)理的認(rèn)識(shí)以及關(guān)鍵基因的克隆。
　　前期研究中，我們已篩選了一個(gè)T-DNA插入突變體xcd1-D，克隆了一個(gè)擬南芥抗鎘基因XCD1，該基因功能獲得導(dǎo)致對(duì)鎘耐受。為進(jìn)一步研究該基因的功能，本論文利用功能缺失性研究方法對(duì)其功能及其作用機(jī)理進(jìn)行了研究。研究

2、結(jié)果如下：
　　1、在正常生長條件下，野生型和XCD1基因敲除突變體xcd1-1、xcd1-2、xcd1-3的生長沒有顯著差異；然而，在Cd脅迫下，突變體xcd1-1、xcd1-2、xcd1-3對(duì)鎘脅迫敏感，其根長和鮮重顯著低于野生型。
　　2、對(duì)XCD1基因編碼的蛋白進(jìn)行亞細(xì)胞定位，發(fā)現(xiàn)XCD1-GFP表達(dá)蛋白定位在細(xì)胞壁上；此外，XCD1(promoter):GUS表達(dá)結(jié)果顯示XCD1基因在植株根部表達(dá)最顯著。
　

3、　3、利用原核表達(dá)技術(shù)對(duì)該基因編碼蛋白的生化功能進(jìn)行分析，結(jié)果表明XCD1基因編碼的蛋白具有β-甘露聚糖水解酶酶活性。
　　4、鎘含量分析表明，xcd1-D植株中XCD1基因的誘導(dǎo)表達(dá)導(dǎo)致其根部鎘含量增加，較野生型提高了1.39倍；此外，在鎘脅迫下，35S∷XCD1過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株根部的Cd積累也顯著增加，較野生型提高了1.72倍，而突變體xcd1-1、xcd1-2、xcd1-3植株根部鎘積累較野生型稍有下降。在Cd和β-雌二醇處

4、理后，提取xcd1-D突變體和野生型植株根部的細(xì)胞壁并測(cè)量其細(xì)胞壁中鎘含量。結(jié)果顯示，xcd1-D突變體植株細(xì)胞壁對(duì)Cd的積累顯著增加，較野生型提高了1.25倍。
　　5、為進(jìn)一步闡明XCD1基因?qū)χ仓旮挎k積累的作用機(jī)制，以xcd1-D突變體和野生型為研究對(duì)象，在Cd和β-雌二醇處理下，發(fā)現(xiàn)xcd1-D突變體植株細(xì)胞壁中β-甘露聚糖酶的活性升高。對(duì)其細(xì)胞壁的各組分分析發(fā)現(xiàn)，xcd1-D突變體細(xì)胞壁中半纖維素含量降低。進(jìn)一步分析半

5、纖維素中鎘含量，發(fā)現(xiàn)其含量明顯增加，推測(cè)半纖維素中的降解物質(zhì)甘露糖可能與鎘結(jié)合導(dǎo)致的。
　　6、在正常生長條件下，甘露糖處理對(duì)野生型和xcd1-2突變體的生長沒有顯著影響；然而，在鎘脅迫條件下，甘露糖處理能顯著提高野生型和突變體xcd1-2對(duì)Cd脅迫的耐受性，但對(duì)xcd1-2突變體的耐鎘能力提高的幅度更大，表明甘露糖能夠緩解擬南芥對(duì)鎘的耐受性。野生型和xcd1-2突變體根部和根部細(xì)胞壁中的鎘含量較在鎘脅迫下升高，說明甘露糖與鎘的結(jié)