异源表达伴矿景天SpHMA2基因提高拟南芥对重金属镉的耐性及地上部分积累

植物修复技术(phytoremediation)是指使用超富集植物去除环境污染物的技术,但是野生超富集植物往往具有生物量低、生长缓慢等缺点,因此限制了该技术的广泛应用.从野生重金属耐性植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)中克隆到一个重金属响应基因,分析序列和系统进化关系,并探讨其在大肠杆菌和模式植物拟南芥中的表达能否提高重金属镉(Cd)耐性及积累量.该基因表达的蛋白是一个典型的重金属转运ATP酶(heavy metal ATPase,HMA),将该基因命名为SpHMA2.SpHMA2基因在伴矿景天根、茎、叶中均表达并受Cd处理的诱导,Cd处理后各组织中表达量提高了0.50-1.45倍.大肠杆菌Cd耐性及积累试验显示,转SpHMA2基因的大肠杆菌在0.8 mmol/L Cd胁迫处理时细胞的生长明显好于对照菌株,且吸附量提升了2.54倍.进一步采用基因工程的手段将SpHMA2转化拟南芥发现,转基因植株在75、150μmol/L Cd胁迫处理下地上部分生物量、根长、发芽率及吸附量普遍高于野生型(wild type,WT).在75μmol/L Cd处理时,转SpHMA2拟南芥株系M3、M4和M5的根长是WT的1.34-1.63倍,发芽率是WT的1.16-1.23倍,M3、M4吸附量较WT分别提升了1.93、0.34倍;150μmol/L Cd处理时,转基因株系根长是WT的1.89-9.43倍,发芽率是WT的1.73-2.02倍,吸附量较WT提升了0.18-1.47倍.50μmol/L Cd处理24 h,转基因植株叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)酶活性及H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)含量整体低于WT.上述研究结果表明,SpHMA2在拟南芥中一定水平的高表达量能赋予植株更高的Cd耐性和地上部分积累,是Cd地下向地上部转运的重要基因,可作为重金属污染植物修复的候选基因.(图7表1参41)