矮秆波兰小麦金属转运蛋白TpNRAMP3和TpNRAMP5的功能分析

摘要

Cd与Zn和Fe具有相似的理化性质，因此部分Fe和Zn转运蛋白也具有吸收或转运Cd的能力。自然抗性相关巨噬细胞蛋白(Natural resistance-associated macrophage proteins，NRAMPs)是一类古老的膜整合蛋白。植物NRAMPs能够吸收和转运Fe、Mn或Cd等金属元素。目前，部分NRAMP基因在拟南芥、水稻、大豆、烟草等植物中被挖掘并进行了功能鉴定，然而关于小麦NRAMP基因及其功能分析的研究较少。前期研究发现矮秆波兰小麦（DPW，Triticum polonicum L.）能积累较高浓度的Cd、Zn和Fe，并从中克隆获得4个NRAMPs:TpNRAMP2、TpNRAMP3、TpNRAMP5和TpNRAMP6，但它们的功能未知。本研究以TpNRAMP3和TpNRAMP5为对象，利用qRT-PCR、原生质体瞬时表达、转酵母功能分析、过表达分析等技术对其进行功能分析。主要结果如下:　　(1)TpNRAMP3位于7BL染色体，由13个外显子和12个内含子组成。拔节期，TpNRAMP3在叶片表达最高，其次在根和新生的叶，而在茎基部和叶鞘表达较低;孕穗期，TpNRAMP3在老叶表达最高，其次在根、茎基部和旗叶，而在茎节和节点表达较低，在未成熟的穗中表达最低;灌浆期，TpNRAMP3在第一节点表达最高，而在未成熟的籽粒表达最低。苗期缺素处理发现，与对照相比，缺Fe、缺Mg、缺Zn和缺Cu对TpNRAMP3的表达均无显著影响。亚细胞定位发现TpNRAMP3是一个质膜蛋白。酵母中表达TpNRAMP3增加了酵母Cd和Co的含量，增强了突变体对Cd和Co的敏感性。拟南芥过表达发现TpNRAMP3能促进植株生长。在Mn胁迫下，TpNRAMP3促进幼苗根长。Cd对TpNRAMP过表达植株产生毒害作用，降低了单株干重。过表达TpNRAMP3显著提高了根、地上部及单株的Cd、Co和Mn浓度，而对Fe和Zn浓度无影响。这些结果表明TpNRAMP3是一个Cd、Co和Mn的转运体，参与拟南芥中Cd、Co以及Mn的积累。　　(2)TpNRAMP5位于4AS染色体，包含12个外显子和11个内含子。对拔节、孕穗和灌浆期的多个组织进行TpNRAMP5表达模式分析，发现TpNRAMP5主要在根中表达，其次在茎基部，而在叶中表达较低。亚细胞定位表明TpNRAMP5在拟南芥叶肉细胞原生质体的质膜表达。TpNRAMP5增加了酵母Cd和Co的浓度及敏感性。过表达TpNRAMP5促进拟南芥的生长。苗期金属敏感性测试发现Mn显著增加过表达植株的根长;但Co和Cd无作用。在Cd胁迫下，过表达植株出现中毒现象，单株干重降低。过表达TpNRAMP5显著增加了根、地上部及单株的Mn、Co和Cd浓度。同时，过表达TpNRAMP5显著降低了Mn的转移系数。这些结果表明TpNRAMP5是Mn、Co和Cd转运体，负责Mn、Co和Cd的积累。

目录

声明

摘要

1文献综述

1．1重金属污染状况及危害

1．2植物对重金属的吸收和积累

1．3植物金属元素转运蛋白

1．4植物NRAMP基因家族研究进展

1．4．1拟南芥NRAMP基因研究进展

1．4．2水稻NRAMP基因研宄进展

1．4．3其他植物NRAMP基因研究进展

1．5矮秆波兰小麦的概述

1．6研究的目的与意义

2材料与方法

2．1植物材料

2．2菌株和载体

2．3方法

2．3．1生物信息学分析

2．3．2 TpNRAMP3和TpNRAMP5表达分析

2．3．3 TpNRAMP3和TpNRAMP5亚细胞定位

2．3．4酵母功能验证

2．3．5 TpNRAMP3和TpNRAMP5过表达

2．3．6金属元素分析

3结果与分析

3．1．1 TpNRAMP3的序列分析

3．1．2 TpNRAMP3的表达模式

3．1．3 TpNRAMP3的亚细胞定位

3．1．4 TpNRAMP3在酵母中的功能分析

3．1．5 TpNRAMP3在拟南芥中的功能分析

3．2 TpNRAMP5的功能分析

3．2．1 TpNRAMP5的染色体位置及表达模式

3．2．2 TpNRAMP5的亚细胞定位

3．2．3酵母中TpNRAMP5的金属转运属性

3．2．4拟南芥中TpNRAMP5的金属转运属性

4讨论

4．1 TpNRAMP3和TpNRAMP5是一个Mn、Co和Cd转运体

4．2 TpNRAMP3和OsNRAMP3在表达和功能上存在差异

4．3 TpNRAMP5的功能不同于OsNRAMP5和OsNRAMP1

参考文献

致谢

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