莲中介导矿质元素胁迫耐受性基因的筛选与功能验证

【目的】莲是一种传统的药食同源作物,但其蕴藏的丰富基因资源仍缺乏功能鉴定。分离鉴定莲中参与微量矿质营养元素及重金属元素积累或耐受过程的功能基因,丰富莲中介导营养高效以及逆境耐受的基因资源,并为莲的遗传改良提供理论依据。【方法】以湘莲代表品种‘寸三莲’为试验材料。首先构建莲的酵母表达cDNA文库,并将文库转化酿酒酵母后分别在含有过量镉(Cd)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、铁(Fe)、铝(Al)胁迫的平板上筛选,分离阳性酵母克隆中介导相关胁迫耐受性的目的基因。结合生物信息学分析和酵母互补试验对筛选出的耐受基因进行功能验证。【结果】构建了库容量超过106个单克隆、重组率100%、平均插入片段大于1 000 bp的酵母文库。通过筛选得到介导Cd耐受的基因13个、Mn耐受基因4个、Zn耐受基因4个、Cu耐受基因3个、Fe耐受基因7个、Al耐受基因1个,其中3个基因能够同时介导Fe和Mn的耐受性。这些基因在莲除6号染色外的其他染色体上都有分布。【结论】本研究构建了高质量的莲酵母表达cDNA文库,并筛选得到29个介导微量矿质营养元素或重金属元素胁迫抗性的基因,为莲的营养高效以及避免重金属污染的遗传改良积累了基因资源。