2种外生菌根真菌的铅耐受性及相关机制

采用液体培养的方法比较2种外生菌根真菌(ECMF)对重金属铅的耐受性和富集能力,并通过研究铅胁迫对其生理生化特征的影响,探讨可能存在的铅耐受性机制。结果表明,2种ECMF对铅都具有一定的耐受性和富集能力,但点柄粘盖牛肝菌的铅耐受性和富集能力明显优于草地马勃,这可能与其菌丝内铅含量较低,可溶性蛋白含量和抗氧化酶活性较高,以及苹果酸、酒石酸和琥珀酸等有机酸含量较高直接相关。推测2种ECMF的铅耐受性机制可能如下:1)阻止或减少Pb^(2+)进入菌丝内;2)通过可溶性蛋白螯合进入菌丝细胞内的Pb^(2+);3)提高抗氧酶活性以清除铅胁迫产生的活性氧;4)通过分泌小分子有机酸螯合Pb^(2+),尤其是苹果酸、酒石酸和琥珀酸等。本研究可为探讨ECMF的重金属耐受性机制和筛选优良的重金属抗性菌株奠定基础,并为ECMF在重金属污染土壤治理和污染区植被修复中的应用提供理论依据。

稻瘟病菌重金属抗性蛋白的生物信息学分析

稻瘟病菌重金属抗性蛋白是稻瘟病菌在进化过程中产生的分泌型抗性蛋白,其可能对该病原菌在高浓度重金属环境中的生长、繁殖及生活史完成具有重要作用。为了明确稻瘟病菌重金属抗性蛋白的生物信息学特性,本研究利用多种生物信息学网站与软件对获得的3种重金属抗性蛋白的理化性质、结构域、三级结构、亚细胞定位等进行分析,并构建了系统进化树,同时预测了蛋白的组织表达特异性。该研究结果可为从遗传学方面深入了解重金属抗性蛋白在稻瘟病菌生长发育、繁殖和致病过程中的真正功能奠定基础。

水稻金属耐受蛋白基因OsMTP2生物信息学及表达分析

为了解水稻(Oryza sativa)响应重金属污染及对重金属积累的机制,利用生物信息学手段对水稻金属耐受蛋白(metaltolerance protein,M TP)OsM TP2的结构特征进行预测,并分析OsM TP2基因的表达特征。结果表明,该蛋白由415个氨基酸组成,具有很强的疏水性。mRNA原位杂交结果表明,OsMTP2在叶片输导组织中有较强的表达,但在根、花药中没有检测到明显的杂交信号。这说明水稻金属耐受蛋白基因OsMTP2主要在输导组织中表达,并在金属离子运输中发挥重要作用。

蒺藜苜蓿中CDF家族锌转运体MtMTP3的鉴定和表达调控分析

植物体内阳离子扩散协助蛋白(cation diffusion facilitator proteins,CDF)也称为金属耐受蛋白(metal tolerance protein,MTP),在提高植物对锌抗性和调节锌在植物体内分布起到重要作用。本研究根据拟南芥AtMTP1基因序列从模式豆科植物蒺藜苜蓿基因组中鉴定了一个CDF家族锌转运体基因MtMTP3。生物信息学分析表明MtMTP3编码385个氨基酸,属于CDF家族锌转运体;酵母功能互补实验证实MtMTP3具有转运Zn的功能;基因表达检测结果显示MtMTP3主要在蒺藜苜蓿根部表达,高浓度Zn、Mn或者缺Fe处理均能促进MtMTP3的表达,表明该蛋白与根部重金属转运有关;RT-PCR和定量PCR检测结果显示该基因在低磷条件下表达量升高,接种丛枝菌根真菌能显著抑制MtMTP3表达,即使在高浓度锌处理下,MtMTP3表达也明显受到抑制。这些研究结果表明,丛枝菌根真菌可能通过促进磷吸收,进而调控MtMTP3基因的表达。

大豆ASR表达提高酵母和烟草细胞对Cu^(2+)耐受力

利用实时荧光定量聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术,证明大豆幼苗在150μmol/L Cu SO4胁迫3 h后,其叶和根内Gm ASR基因表达均上调.将大豆Gm ASR基因转化Cu2+敏感型酵母菌ΔCUP 2和烟草悬浮细胞BY-2,Gm ASR蛋白的表达可增强重组酵母和转基因烟草细胞抗Cu2+胁迫的能力.利用大肠杆菌表达体系表达、分离并纯化大豆Gm ASR蛋白,体外实验证明,Gm ASR蛋白可与Cu2+结合,并具有清除羟基自由基的能力.研究结果推测,ASR蛋白可通过螯合Cu2+降低细胞内Cu2+浓度,提高植物对Cu2+胁迫的耐受力.

小麦MTP基因家族分析及其在胁迫下的作用

金属耐性蛋白(metal tolerance protein,MTP)通过结合流入或流出胞质溶胶中的金属来维持植物体内的金属稳态。该研究通过多种生物信息学方法鉴定并分析小麦基因组TaMTP基因,并用qRT-PCR技术分析TaMTP基因在多种重金属胁迫下的表达情况,为深入研究该家族基因对小麦生长发育的调控机理及其抗逆性提供理论依据。结果表明:(1)TaMTPs均具有阳离子外排家族结构域,大多数成员具有锌转运蛋白二聚结构域;系统发育和聚类分析显示,TaMTP蛋白主要分为G1、G5、G6、G7、G8、G9和G12七组;基因结构和基序分析表明,TaMTP基因多具有相对保守的外显子-内含子排列和保守基序。(2)由RNA-Seq数据的基因表达谱分析发现,不同TaMTP基因都有其独特的表达机制,其中TaMTP1-1Bb和TaMTP1-1D在非生物胁迫下表达水平较高,TaMTP1-1A、TaMTP1-1Bb、TaMTP1-1D、TaMTP11-3Ab、TaMTP11-3B和TaMTP11-3D在生物胁迫下有较高的表达量。(3)qRT-PCR分析表明,当小麦遭受锌(Zn)、铜(Cu)、钴(Co)、镉(Cd)、锰(Mn)和铁(Fe)重金属胁迫时,TaMTP1-1A、TaMTP8-4A、TaMTP8-4D、TaMTP11-3Aa和TaMTP11-3B共5个TaMTP基因的表达水平增加,表明每种金属离子均可诱导这些TaMTP基因在根和叶的表达,但TaMTP1-1A和TaMTP8-4A在Fe^3+与Cu^2+胁迫下的表达情况完全相反,且在Fe^3+胁迫下小麦叶和根组织中2个基因的表达量均很低,推测TaMTPs可能参与相应的微量元素的耐受或转运,但不同TaMTP对不同金属的转运功能存在差异。

质外体蛋白质在植物重金属耐性中的作用

质外体是植物细胞质膜外的结构,包括细胞壁、细胞间隙和其中的液体(质外体汁液),主要由多糖(纤维素、半纤维素和果胶)、蛋白质和木质素组成,广泛参与植物对各种逆境胁迫的响应。主要综述了质外体结构蛋白、多糖代谢蛋白、氧化还原蛋白及胁迫响应蛋白在植物重金属耐性中的作用,以期对植物重金属耐性的机理有更深入的了解。

甜菜BvMTP11基因的克隆及序列分析

在植物中,金属耐受蛋白(Metal tolerant proteins,MTPs)是阳离子转运家族(Cation effluxtransporters)重要的成员之一,其在细胞重金属逆境耐受性及离子平衡代谢中发挥着重要的作用。本研究通过RT-PCR方法,在甜菜体内克隆获得了Beta vulgaris metal tolerantce protein 11(BvMTP11)基因的全长序列。该基因CDS全长为1 227 bp,编码了408个氨基酸,分子量(Mw)和等电点(pI)分别为45.935 kDa和4.89,属于相对不稳定蛋白。该基因编码的蛋白有5个跨膜螺旋区,是一种具有阳离子排出域(Cation efflux domain)的膜蛋白,并且有80%的可能性定位于过氧化物酶体膜上。因此可以推测,BvMTP11可能作为甜菜体内重要的转运蛋白参与到重金属逆境胁迫应答网络中,同时,该基因的克隆也为进一步研究其在重金属逆境下的分子机制奠定基础。

甜菜BvMTP11基因在大肠杆菌中的镉耐受功能分析

为了研究甜菜BvMTP11基因(LOC104886952)在重金属Cd逆境胁迫过程中的分子功能,明确其在细胞重金属解毒中的作用,本研究将BvMTP11基因构建于E.coli原核表达载体pEASY-Blunt E1上,并将该重组质粒转化到大肠杆菌BL21中。SDS-PAGE电泳表明,通过1 mmol·L-1 IPTG的诱导,在大肠杆菌总蛋白46 kDa左右的位置上,获得了重组菌表达的his tag-BvMTP11的融合蛋白。当施加0.5 mmol·L-1的CdCl2重金属逆境胁迫后,对照菌的生长受到了较为严重的抑制。相反,过量表达BvMTP11蛋白的重组菌表现出了较好的生长状态,并且其体内的镉离子含量也要远低于对照菌。这说明,甜菜BvMTP11基因可以在一定程度上提高E.coli对Cd2+的耐受性,并有可能通过对Cd2+的转运和富集来解毒重金属对细胞的伤害。研究结果也进一步说明了甜菜BvMTP11在镉逆境胁迫分子机制中发挥着重要作用。

芸薹属AC基因组MTP1基因的生物信息学分析

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtMTP1基因序列为参考,利用白菜(Brassica rapa)、甘蓝(Brassica oleracea)、甘蓝型油菜(Brassica napus)全基因组数据对MTP1基因进行全基因组水平鉴定,通过Blastn比对和保守结构域分析,在芸薹属AC基因组中共鉴定到8个MTP1基因,其中白菜1个、甘蓝3个、甘蓝型油菜4个(A亚基因组3个、C亚基因组1个)。生物信息学分析结果表明,在蛋白质理化性质、二级结构、跨膜结构域、磷酸化位点等方面,3个物种中的MTP1基因间各有差异,并使用甘蓝型油菜转录组数据比较分析4个BnMTP1基因在不同组织部位的表达模式。

植物响应重金属镉胁迫的耐性机理研究进展

重金属污染是全球面临的重大环境污染问题之一。镉是植物生长发育非必需的微量元素,不仅影响植物生长发育,甚至会造成植物死亡,并且可通过在植物体内积累而威胁人类的生命健康。因此,植物对重金属镉的吸收是环境污染研究领域的一个热点问题。现主要从重金属镉对植物生长发育的影响及植物的抗氧化系统、不同类型转运蛋白家族等方面对植物耐受镉胁迫的机理进行综述,并对相关研究领域的一些重点问题进行了展望。