FC1调节拟南芥耐镉功能的研究
土壤中重金属镉污染是一个严重的环境问题。植物应对镉污染具有多种途径，其中依赖于谷胱甘肽的植物螯合素合成途径是植物体内积累Cd以及增强对Cd耐受性的一个重要的防御机制。但是这条通路具体调控Cd的方式尚未十分清楚。 本文鉴定了一个拟南芥fc1突变体。通过分子克隆的方式构建了FC1过表达载体，经筛选鉴定纯合获得了FC1过表达株系。FC1编码亚铁螯合酶(Ferrolyase，EC4.99.1.1)，定位于质体中。FC1与非光合组织中的血红素合成有关，并且，在光合组织中受氧化胁迫、臭氧、干旱、冷害、过氧化氢和机械损伤等诱导表达上调，从而为血红素相关蛋白提供血红素来抵御胁迫损伤。但是在Cd胁迫下，它的功能尚未鉴定。在本论文中，我们鉴定了FC1的功能和FC1对Cd胁迫的耐受机制。 FC1过表达株系能增强Cd的耐性以及增加Cd在植物体内的积累，而fc1突变体内Cd的积累量降低及对Cd的耐性减弱。对fc1突变体和FC1过表达株系功能分析结果表明，在Cd胁迫下FC1过表达株系主根长、鲜重和叶绿素含量显著均高于野生型。Cd胁迫会引起机体的氧化胁迫损伤。在Cd处理下，FC1过表达株系过氧化产物TBARS、过氧化氢、叶片超氧阴离子和根中总的内源性ROS的含量显著低于野生型植株。由于FC1过表达株系植物相对于野生型对Cd的抗性强，FC1编码亚铁螯合酶，能够催化合成血红素。是否因为FC1过表达株系中血红素的含量升高，导致它对Cd的耐性增强？Hemin(氯化血红素)相比Heme(正铁血红素)更稳定，我们选择Hemin进行实验。在Cd处理下，外源添加Hemin，不仅能够缓解对Cd敏感的fc1突变体的表型，同时也能够增强野生型植株对Cd的耐性。FC1过表达株系耐受Cd胁迫和外源添加Hemin缓解Cd引起的损伤需要依赖GSH。外源添加Hemin后，野生型植物的地上部分和根部中的NPT，GSH，PC含量均显著高于对照。Hemin介导植物体内Cd的积累及增强对Cd抗性是通过控制与PC合成相关基因从而增加机体内的PC含量来实现的。上述结果表明:拟南芥中FC1通过调控依赖于GSH的PC合成途径来实现对Cd的耐性，增加体内的Cd积累，这种调控是通过协调控制与PC合成相关基因的表达来完成的。
拟南芥;fc1突变体;耐镉功能;防御机制
南京农业大学
硕士
生物化学与分子生物学
杨志敏
2015
中文
Q945.78
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）