甘蔗热带种金属硫蛋白家族基因的克隆及响应重金属胁迫的表达分析

• 作者: 高世武 傅志伟 陈云 林兆里 许莉萍 郭晋隆
• 来源期刊: 作物学报
• 关键词: 甘蔗 金属硫蛋白 重金属 实时荧光定量PCR
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
• 页码范围: 166-178
• 页数: 12页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.84086

摘要

金属硫蛋白是一类富含巯基的低分子量蛋白, 在植物的重金属解毒及细胞氧化还原调控等方面起重要的作用。本研究以甘蔗热带种Badila组培苗为材料, 分别测定了其在CdCl2、ZnSO4和CuCl2水溶液培养条件下地上部和地下部的重金属含量, 结果显示其对上述3种重金属有较强的耐受与富集能力。继而克隆了ScMT1 (登录号为KJ504373)、ScMT2-1-5 (登录号为MH191346)和ScMT3 (登录号为KJ5043704) 3个金属硫蛋白家族基因, 它们分别属于植物MT亚家族中的MT1、MT2和MT3型基因。ScMT1含有1个内含子和2个外显子, 开放阅读框(Open Reading Frame, ORF)长228 bp, 编码75个氨基酸; ScMT2-1-5含有2个内含子和3个外显子, ORF长246 bp, 编码81个氨基酸; ScMT3含有1个内含子和2个外显子, ORF长198 bp, 编码65个氨基酸。RT-qPCR显示, Cd2+胁迫下, 在甘蔗地上部和地下部, ScMT2-1-5均连续显著上调表达, 而ScMT1的上调应答出现延迟。ScMT3在地上部的上调应答出现延迟, 在地下部呈“扬–抑”趋势, 提示甘蔗响应Cd2+胁迫过程中ScMT2-1-5起更积极的作用, ScMT1参与胁迫后期的分子响应, 而ScMT3不起主导作用。Cu2+胁迫下, 地上部ScMT1连续显著上调表达, ScMT2-1-5和ScMT3呈总体上调的表达趋势; 地下部, ScMT1和ScMT2-1-5的上调表答均出现延迟, 仅在胁迫后期显著上调表达, 而ScMT3仅在胁迫前期显著上调表达。该结果提示了ScMT1、ScMT2-1-5和ScMT3在Cu2+胁迫响应过程中的协作关系, 三者共同参与了地上部的胁迫响应, 其中ScMT1起更积极的作用; 此外三者还先后参与了地下部对Cu2+胁迫的分子响应。Zn2+胁迫下, ScMT1和ScMT3分别仅在地上部和地下部显著上调表达; ScMT2-1-5在地上部和地下部均呈“扬–抑”的应答趋势; 提示了在甘蔗响应Cd2+胁迫应答过程中ScMT1和ScMT3分别在地上部和地下部起主要作用, ScMT2-1-5参与了胁迫前期的分子响应。ScMT1、ScMT2-1-5和ScMT3在甘蔗不同组织中及在重金属(Cd2+、Zn2+或Cu2+)不同累积水平下呈现出相似或互补的应答特性, 提示上述甘蔗MT家族不同成员在重金属解毒及细胞氧化还原调控等方面产生了功能分化, 且三者在应对过量Cd2+、Zn2+或Cu2+对甘蔗组织造成伤害的过程中存在时空上的协同作用。该研究为深入理解多倍体植物甘蔗中MT家族各成员基因在重金属耐受过程中的协同作用机制奠定了基础。