红麻响应重金属铅胁迫分子机制研究及关键基因功能验证

Pb（Plumbum）is one of heavy metals that threaten the ecological environment and human health seriously. The strong ability of Pb resistant and absorption makes kenaf an important bast fiber crop which production do not join the food chain with economic value. The molecular mechanisms study of the response to Pb stress in Kenaf can lay the theoretical foundation of solving the problem of soil Pb pollution use Kenaf. In this project, we screening one Pb efficient enrichment kenaf variety and one Pb-sensitive kenaf variety from 20 rapid growth varieties under the stress of high Pb concentration, the CK has no Pb treatment. Choose the Pb poisoning sensitive period of Pb-sensitive kenaf variety as the sampling point time. High-throughput sequencing technology was used to obtain the transcriptome information of the root, stem and leave from rapid growth kenaf under Pb stress. Then screening genes that differentially expressed. Carry out bioinformatics analysis reference 2 transcriptome database of kenaf under drought stress and salt stress which already been established in our laboratory. Clone and verify functionality 2-3 key genes about Pb absorption, transport, enrichment of kenaf using Universal Fast Walking method. Explain the mechanism preliminarily. The implementation of the project can lay an important molecular basis to the research on genetic mechanism of efficient Pb absorption, transport, enrichment in Kenaf.

重金属Pb对生态环境和人类健康已经造成严重危害，红麻为耐受和富集Pb效果良好且不进入食物链还能产生经济价值的重要韧皮纤维作物，研究红麻响应Pb胁迫的分子调控机制是利用红麻解决土壤Pb污染的理论基础。本项目通过高浓度Pb处理从20个红麻品种中筛选Pb高效富集和Pb敏感型红麻品种各1个，在已选择的两个品种快速生长期，进行高浓度Pb处理，无Pb处理为对照。以Pb敏感型的红麻Pb毒害敏感期为取样时间点，拟通过高通量测序技术得到快速生长期红麻Pb胁迫下根、茎和叶片的转录组信息，筛选差异表达基因。参考课题组已有的红麻干旱胁迫条件下和盐胁迫条件下的2个转录组数据库，进行生物信息学分析，采用Universal Fast Walking方法克隆2-3个红麻Pb吸收、转运、富集相关的关键基因并验证功能，初步阐释其机理。项目的实施为红麻Pb高效吸收、转运和富集的遗传机理研究奠定重要分子基础。

重金属铅(Pb)对生态环境和人类健康已经造成严重危害，红麻为耐受和富集Pb效果良好且不进入食物链还能产生经济价值的重要韧皮纤维作物，研究红麻响应Pb胁迫的分子调控机制是利用红麻解决土壤Pb污染的理论基础。主要的研究结果如下：(1)通过盆栽试验和种子萌发期的重金属铅胁迫试验综合分析，确定Pb富集型红麻品种。(2)确定已选定红麻品种响应Pb胁迫的敏感时期，对该时期的红麻提取总RNA进行转录组学研究，筛选红麻Pb胁迫差异表达基因。 (3)本研究从铅胁迫转录组测序拼接unigene序列中，开发EST-SSR分子标记，并分析了转录组中SSR的分布规律，包含SSR的基因潜在功能，选择蛋白功能互作网络（PPI）基因DEGs的SSR标记进行筛选多态性标记，并最终应用于红麻种质资源的遗传多样性和群体结构分析。最终得到了22对检出率高，多态性好的EST-SSR标记。(4)根据转录组测序得到的差异基因，进行功能注释、GO分类、代谢通路分析并结合在植物组织中qRT-PCR表达模式筛选关键候选基因。(5)采用课题组已成熟的侧翼序列克隆技术克隆关键功能基因的全长。转录组测序共获得44.57 Gb的高质量测序数据，组装成136,854条unigenes。对这些unigenes在不同数据库中的注释信息进行了分析。在预测的2066个转录因子编码基因中，有55个转录因子在正常和胁迫条件下有差异表达。进一步研究表明，红麻植株在铅胁迫下经历了活性氧依赖的细胞程序性死亡过程，而这一过程可能是由差异表达的NAC转录因子调控的。项目的实施为红麻Pb高效吸收、转运和富集的遗传机理研究奠定重要分子基础。