马蔺根响应镉胁迫的转录组分析及相关基因功能研究

Iris lactea Pall.var.chinensis is a perennial herb of our country and it has the features of fast growth, large biomass, wide adaptability, strong resistance and beautiful ornamental with well prospect in the construction of ecological construction. Cadmium is one of the well-known highly toxic heavy metals which can be accumulated in human body through food chain. Moreover it poses a great threat to human health. Our previous studies showed that Iris lactea var.chinensis has the strong ability of Cd uptake and accumulation with high transfer coefficient. In this proposal, we plan to combine the technology of transcriptome sequencing and DGE to study root transcriptome under cadmium stress. Based on bioinformatics analysis, we will clone two or three Cd transport and chelate related genes which have notable difference in expression levels. Real-time quantitative PCR will be conducted to disclose the genes expression pattern. Yeast heterologous expression system will be provided to preliminary validate genes function. The function of genes in vivo will be determined via over-expression transgenic plants. Consequently, the proposal will shade light on molecular mechanism of Iris lactea var.chinensis Cd tolerance and lay foundation for future molecular breeding.

马蔺原产中国，是鸢尾科鸢尾属多年生宿根草本植物，具有生长速度快、生物量大、适应性广、抗性强、观赏性好等特性，在生态建设中有良好的应用前景。镉是毒性最强的重金属之一，通过食物链在人体内富集，对人体健康造成严重影响。本项目组前期的研究表明，马蔺对Cd吸收和富集能力强，转运系数高。为此，本申请项目拟组合使用转录组测序和数字表达谱测序的方法，进行根响应镉胁迫的转录组分析，在生物信息学分析的基础上，克隆2-3个表达量差异大的Cd转运和螯合蛋白基因，通过Real-time定量PCR技术对其表达模式进行分析；通过酵母异源表达体系初步阐述基因的功能；利用超表达技术获得转基因拟南芥，阐述基因对Cd运输与解毒机制。本申请项目的实施可丰富马蔺Cd耐性分子机理，为分子育种奠定基础。

马蔺原产中国，是鸢尾科鸢尾属多年生宿根草本植物，具有生长速度快、生物量大、适应性广、抗性强、观赏性好等特性，在生态建设中有良好的应用前景。镉（Cd）是毒性最强的重金属之一，通过食物链在人体内富集，对人体健康造成严重影响。本研究完成了马蔺根响应Cd胁迫的转录组分析，发现Cd处理24 h后，相比较Cd处理0 h，有3857条unigene上调，2047条unigene下调。在转录组数据库的基础上，结合已发表文献，筛选了IlMT2a、IlCDT1和IlWRKY75基因进行后续研究。qRT-PCR研究表明，三个基因均受Cd诱导。构建超表达载体，异源转化野生型拟南芥（Col），IlMT2a和IlCDT1转基因株系能增强Cd抗性，但是野生型和两个IlMT2a转基因株系Cd含量没有明显区别。在100 μM CdCl2处理下，野生型拟南芥Cd含量高于35S::CDT1-1和35S::CDT1-2转基因株系，表明两个基因的Cd抗性机制可能存在差异。酵母互补实验发现IlCDT1具Cd抗性，而IlCDT1（25-54）区域可能是Cd抗性关键区域。IlWRKY75定位在细胞核中，且具转录激活活性，转基因验证实验正在进行中。在基金的资助下，本项目还开展了马蔺根响应非生物胁迫的内参基因筛选和马蔺根响应Cd胁迫的miRNA高通量测序分析。本申请项目的实施可丰富马蔺Cd耐性分子机理，为分子育种奠定基础。