林科院亚林所卓仁英组:NMT发现伴矿景天SpCTP3促根吸Cd 为SpCTP3促进转基因杨树的Cd积累↑和重新分布提供证据
基本信息
主题:NMT发现伴矿景天SpCTP3促根吸Cd 为SpCTP3促进转基因杨树的Cd积累↑和重新分布提供证据
期刊:Frontiers in Plant Science
影响因子:5.6
研究使用平台:NMT重金属创新平台
标题:A novel gene SpCTP3 from the hyperaccumulator Sedum plumbizincicola redistributes cadmium and increases its accumulation in transgenic Populus × canescens
作者:中国林业科学研究院卓仁英、韩小娇、李绍翠,浙江省农业科学研究院李海营
获奖情况:该成果获得2022-2023年度“中关村优秀NMT成果奖”三等奖
检测离子/分子指标
Cd2+
检测样品
杨树根(距根尖顶点120 µm的根表上的点)
供稿人简介
卓仁英
中国林业科学研究院亚热带林业研究所研究员、博士生导师,中关村NMT产业联盟外聘专家。主要研究树木抗逆分子生物学及其转基因育种,先后主持十四五重点研发课题、林业行业公益类重大专项、863团队项目、引进国外林业先进技术(948)项目、浙江省重大专项、浙江省杰出青年科学基金等项目,先后在JHM、EST、PBJ等国内外刊物发表论文100多篇,授权国家发明专利5项,先后获得浙江省科学技术奖二等奖、三等奖各一项(排名3)。
中文摘要
在伴矿景天(Sedum plumbizincicola)中鉴定到一个镉(Cd)耐受蛋白SpCTP3,该蛋白参与了伴矿景天对镉胁迫的响应。然而,SpCTP3介导植物Cd解毒和积累的机制尚不清楚。在100 μmol/L的CdCl2处理下,我们比较了野生型(WT)和过表达SpCTP3转基因杨树的Cd积累、生理指标和转运基因的表达情况。与野生型相比,100 μmol/L的CdCl2处理显著增加了SpCTP3过表达株系地上部和地下部Cd的积累量,转基因植株的Cd流动速率显著高于野生型植株;SpCTP3的过表达导致Cd的亚细胞再分配,在根和叶中,Cd在细胞壁和可溶性部分的比例分别降低和增加。此外,Cd的积累增加了活性氧(ROS)含量,镉胁迫显著提高了3种抗氧化酶(过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶)的活性;细胞质中可滴定酸含量的增加可能导致Cd螯合作用的增强。与WT植株相比,转基因杨树中编码Cd2+转运和解毒相关转运蛋白的基因表达水平更高。这些结果表明,在转基因杨树中过表达SpCTP3可促进Cd积累,调节Cd分布和ROS稳态,降低有机酸对Cd的毒性。综上所述,过表达SpCTP3转基因植物可能是提高镉污染土壤植物修复能力的一种可行策略。
离子/分子流实验处理方法
4周龄杨树苗,0.1 mM CdCl2处理30 d
离子/分子流实验结果
利用非损伤微测技术(NMT)分析了Cd处理后距离根尖顶点120 μm处的根位点的吸Cd2+速率。转基因植株吸Cd2+速率为72.927-163.48 pmol/cm2/s,野生型植株吸Cd2+速率为44.707-61.058 pmol/cm2/s(图4),转基因植株的吸Cd2+速率均高于野生型植株。
图1 Cd处理对野生型和转基因植株根实时吸Cd2+速率的影响
其他实验结果
- SpCTP3的表达对Cd胁迫下转基因杨树的生物量没有影响。
- 过表达SpCTP3增加转基因杨树的Cd积累,改变了Cd在其中的分布和化学形态。
- 过表达SpCTP3增加ROS含量,影响抗氧化酶活性。增加了Cd处理转基因株系的可滴定酸含量
- 参与Cd2+转运和解毒相关基因的表达。
结论
过表达SpCTP3基因的转基因杨树植株比野生型植株积累了更多的Cd,这可能是由于Cd的分布和化学形态发生了变化。转基因杨树系的根内Cd2+的净流入量也高于野生型对照。与此观察结果一致的是,Cd2+处理后,转基因植株根和叶中参与Cd2+运输和解毒的转运基因(如ABCC1,MTP1和ZIP6.2)的表达水平高于野生型。此外,在Cd胁迫下,转基因植株根系和叶片中的O2.-、H2O2和可滴定酸浓度均高于野生型植株。这些结果表明,SpCTP3的过表达通过增加有机酸含量、上调关键转运基因的表达和调节氧化稳态来促进Cd的积累。本研究结果为通过SpCTP3表达改善植物特性,提高杨树修复Cd污染土壤的利用价值提供了理论依据。
测试液
0.05 mM CdSO4、0.25 mM NaCl、0.1 mM Na2SO4、0.05 mM KCl、0.15 mM MES,pH6.0
NMT仪器信息
·活体培养环境监测仪
·智能自动化非损伤微测系统
文章原文:https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1111789
供稿:卓仁英
编辑:刘蕴琦,刘兆义
关键词:Cd2+;转基因杨树;镉积累;土壤重金属污染修复;植物类