107楊鎘脅迫相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制研究.pdf

1、土壤重金屬污染日趨加劇，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的生存和發(fā)展，已成為全球關(guān)注問(wèn)題之一。因此，污染土壤的修復(fù)治理已成為人類(lèi)改善環(huán)境的重要舉措。其中，植物修復(fù)成本低、不引起二次污染、不破壞生態(tài)環(huán)境，是一種極具潛力的綠色修復(fù)技術(shù)。本項(xiàng)研究利用Solexa測(cè)序技術(shù)，檢測(cè)107楊分別在100 mg/kg、200 mg/kg鎘脅迫40天和80天之后，基因表達(dá)的變化，并結(jié)合107楊在鎘脅迫下的生理、生化變化結(jié)果，探討鎘毒害對(duì)107楊的基因表達(dá)、信號(hào)和代謝通路的

2、影響，以期了解107楊應(yīng)對(duì)鎘脅迫的分子機(jī)制，為107楊作為植物修復(fù)樹(shù)種修復(fù)土壤鎘污染提供理論指導(dǎo)。主要結(jié)果如下:
　　(1)從18個(gè)107楊的根、莖、葉樣本中，共獲得204，417個(gè)unigene，其中166，336個(gè)unigene具有匹配的同源蛋白。116，267條unigene被注釋到14層22，231個(gè)GO條目上，88，006個(gè)unigene被注釋到25種COG功能類(lèi)別中，36，804個(gè)unigene共映射到277條Path

3、way。此外，204，417個(gè)unigene中有88，691個(gè)SSR位點(diǎn)，2，642種重復(fù)堿基單元類(lèi)型。
　　(2)響應(yīng)鎘脅迫，107楊差異基因顯著富集GO條目有2，580個(gè)。不同部位，差異基因顯著富集的程度不同，表現(xiàn)為根＞葉＞莖。隨鎘脅迫濃度增加，葉與莖差異基因GO富集程度增加;根差異基因GO富集程度減小，在80天時(shí)減少尤為顯著。隨鎘脅迫時(shí)間增長(zhǎng)，葉和莖GO富集程度減小;根在低濃度鎘處理時(shí)富集程度增加，高濃度鎘處理時(shí)富集程度減小

4、。顯著性富集的GO條目涉及到主要代謝途徑的酶、生物分子的合成與分解代謝、對(duì)刺激的響應(yīng)、結(jié)合過(guò)程、運(yùn)輸過(guò)程、轉(zhuǎn)錄過(guò)程、信號(hào)通路、調(diào)控調(diào)節(jié)、植物組織以及其他一些生理生化途徑。
　　(3)響應(yīng)鎘脅迫，107楊差異基因顯著富集Pathway條目有448個(gè)。不同部位，差異基因顯著富集的程度不同，同樣表現(xiàn)為根＞葉＞莖。隨鎘脅迫濃度增加，葉與莖差異基因富集的Pathway條目數(shù)量更多、程度更顯著，根在40天時(shí)差異基因Pathway富集數(shù)量增加、

5、在80天時(shí)則明顯減少。隨鎘脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)，葉和莖差異基因Pathway富集程度減小;根在低濃度鎘處理時(shí)富集程度增加，高濃度鎘處理時(shí)富集程度明顯減小。顯著性富集的Pathway包括糖類(lèi)、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)等生物大分子以及次生代謝產(chǎn)物的合成與代謝，受體、信號(hào)系統(tǒng)等，涉及光合作用、呼吸作用、元素吸收、能量代謝等多種生理生化過(guò)程。
　　(4)107楊葉部在100 mg/kg鎘脅迫下，表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性，光合器官及相關(guān)轉(zhuǎn)錄活動(dòng)都有上調(diào)。在抗氧化過(guò)

6、程中，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽的合成與結(jié)合起了重要作用。107楊在200 mg/kg的鎘脅迫下，表現(xiàn)出明顯的中毒現(xiàn)象。首先，凈光合速率顯著下降，主要是因?yàn)殒k破壞光合器官、損傷光合系統(tǒng)、抑制相關(guān)酶活性、影響固碳作用，加快色素分解和葉綠體呼吸作用，以及影響電子傳遞和氣孔調(diào)節(jié)。其次，造成107楊對(duì)硝酸鹽、氨基酸的吸收和運(yùn)輸能力減弱，以及相關(guān)酶、輔酶活性的下降;鎘還通過(guò)影響鉀離子通道的活性，破壞離子平衡，從而對(duì)107楊造成毒

7、害作用。最后，抗氧化系統(tǒng)遭到很強(qiáng)的破壞，會(huì)造成過(guò)氧化物下降，過(guò)氧化物、抗壞血酸和維生素E合成途徑的下調(diào)。
　　(5)鎘脅迫會(huì)影響107楊對(duì)其他刺激的響應(yīng)，不僅會(huì)出現(xiàn)交叉適應(yīng)性，也會(huì)造成對(duì)某些刺激響應(yīng)的下降。鎘脅迫時(shí)葉部對(duì)鎘離子和鋅離子刺激的響應(yīng)存在同步現(xiàn)象，這可能由于鎘、鎂價(jià)電子排布的相似性，形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，影響了酶活性和正常生理反應(yīng)。鎘對(duì)植物細(xì)胞壁的破壞造成細(xì)胞壁修飾、相關(guān)酶活性以及大分子物質(zhì)合成過(guò)程下調(diào)，并加速大分子物質(zhì)分解。<