锌/镉超积累植物东南景天MTP基因家族功能分析

Zn/Cd hyperaccumulator Sedum alfredii H. is a good candidate for phytoremediation, isolation and functional analysis of Zn/Cd accumulation related genes will help us to know better about the molecular mechanism of Zn/Cd hyperaccumulation of Sedum and the results will provide a better basis for phytoremediation of heavy metals so that to insure the food safety. In this project, full length of MTP genes will be isolated by RACE method. Yeast complementary assay will be used to analyze the Zn/Cd transport ability of MTPs. The expression level of MTP genes in plant tissues will be measured by Real-Time RT-PCR. Bomb particle machine will be applied to analyze the subcellular localization. Transgene, grafting and ICP-MS will be used to determine the Zn/Cd tolerance and accumulation in transgenic tobacco. The project aims to systematically analyze the function of MTP genes from Zn/Cd hyperaccumulator Sedum and the roles of MTPs in Zn/Cd hyperaccumulation.

锌/镉超积累生态型东南景天（Sedum alfredii H.）是具有良好应用前景的植物修复材料，分离、鉴定锌/镉超积累相关的关键基因将有助于我们更加深入地了解超积累生态型东南景天积累锌/镉的分子机制，为更好地通过植物修复技术来提取土壤中的重金属提供理论基础。本项目基于转录组测序结果和已有的SaMTP1研究结果，拟采用RACE技术、酵母功能互补、植物转基因、Real-Time RT-PCR、基因枪和ICP-MS、嫁接等现代分子生物学技术和植物生理技术，研究超积累生态型东南景天MTP基因家族转运锌/镉的能力，植株各个组织MTP基因的表达水平，MTP基因的亚细胞定位以及超表达MTP基因对烟草锌/镉耐性和积累的作用。本项目以期系统地研究超积累生态型东南景天的MTP基因家族的功能，明确MTP基因家族在锌/镉超积累中的作用机制。

锌/镉超积累生态型东南景天（Sedum alfredii H.）是具有良好应用前景的植物修复材料，分离、鉴定锌/镉超积累相关的关键基因将有助于我们更加深入地了解超积累生态型东南景天积累锌/镉的分子机制，为更好地通过植物修复技术来提取土壤中的重金属提供理论基础。本项目基于转录组测序结果和已有的SaMTP1研究结果，采用RACE技术、酵母功能互补、植物转基因、Real-Time RT-PCR、基因枪和ICP-MS、嫁接等现代分子生物学技术和植物生理技术，研究超积累生态型东南景天MTP基因家族功能。本研究结果表明，超积累生态型东南景天叶肉部分的MTP1基因表达水平显著高于表皮部分，而非超积累生态型东南景天的MTP1基因在叶片表皮的表达水平显著高于叶肉部分；转基因的研究结果表明，超表达SaMTP1h能够显著促进烟草对锌的耐性，而且SaMTP1h能够有效地互补拟南芥mtp1-1突变体对锌的敏感性。利用RACE技术从超积累生态型东南景天中分离得到两个位于液泡膜上的MTP基因，分别命名为SaMTPa1和SaMTPa2，酵母功能互补的结果表明两个转运子都具有锌转运能力； SaMTPa1在新叶中的表达水平显著高于中部叶片和老叶，而SaMTPa2在三个部位叶片中的表达水平无显著差异；此外，SaMTPa1和SaMTPa2在叶片表皮中的表达水平都要显著高于叶肉；转基因植物的分析结果表明，超表达SaMTPa1或SaMTPa2都能促进烟草对锌的耐性，而且SaMTPa1能有效地互补拟南芥mtp1-1突变体对锌的敏感性。本研究从两种生态型东南景天中分离得到编码MTPb、MTP11、MTPc1、MTPc31、MTPc32和MTPc4的基因，并初步分析了几个基因的功能；酵母功能互补的结果表明，SaMTPb是具有Cd转运能力的转运子， SaMTPbh在叶肉的表达水平要显著高于表皮；酵母功能互补的结果表明MTP11、MTPc1、MTPc3和MTPc4具有Mn转运能力的转运子。本研究挖掘出3个与超积累生态型东南景天Zn积累和耐性相关的关键基因，并系统了解了MTP基因家族的功能，很好地加深了我们对超积累植物分子机理的了解。