异源表达伴矿景天SpHMA2基因提高拟南芥对重金属镉的耐性及地上部分积累

作者：吴海涛; 袁博; 刘佳兰; 杨子; 杨帆; 陈坤明; 刘捷; 罗颜荣^*; 胥建卫^*

来源：应用与环境生物学报, 2022, 28(03): 655-661.

DOI：10.19675/j.cnki.1006-687x.2021.01065

• SpHMA2
• 重金属
• Cd耐性
• Cd积累量
• 伴矿景天
• 基因工程

植物修复技术(phytoremediation)是指使用超富集植物去除环境污染物的技术，但是野生超富集植物往往具有生物量低、生长缓慢等缺点，因此限制了该技术的广泛应用. 从野生重金属耐性植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)中克隆到一个重金属响应基因，分析序列和系统进化关系，并探讨其在大肠杆菌和模式植物拟南芥中的表达能否提高重金属镉(Cd)耐性及积累量. 该基因表达的蛋白是一个典型的重金属转运ATP酶(heavy metal ATPase,HMA)，将该基因命名为SpHMA2. SpHMA2基因在伴矿景天根、茎、叶中均表达并受Cd处理的诱导，Cd处理后各组织中表达量提高了0.50-1.45倍. 大肠杆菌Cd耐性及积累试验显示，转SpHMA2基因的大肠杆菌在0.8 mmol/L Cd胁迫处理时细胞的生长明显好于对照菌株，且吸附量提升了2.54倍. 进一步采用基因工程的手段将SpHMA2转化拟南芥发现，转基因植株在75、150 μmol/L Cd胁迫处理下地上部分生物量、根长、发芽率及吸附量普遍高于野生型(wild type,WT). 在75 μmol/L Cd处理时，转SpHMA2拟南芥株系M3、M4和M5的根长是WT的1.34-1.63倍，发芽率是WT的1.16-1.23倍，M3、M4吸附量较WT分别提升了1.93、0.34倍；150 μmol/L Cd处理时，转基因株系根长是WT的1.89-9.43倍，发芽率是WT的1.73-2.02倍，吸附量较WT提升了0.18-1.47倍. 50 μmol/L Cd 处理24 h，转基因植株叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)酶活性及H2O2、O2-含量整体低于WT. 上述研究结果表明，SpHMA2在拟南芥中一定水平的高表达量能赋予植株更高的Cd耐性和地上部分积累，是Cd地下向地上部转运的重要基因，可作为重金属污染植物修复的候选基因. (图7 表1 参41)

• 单位
  旱区作物逆境生物学国家重点实验室; 广东开源环境科技有限公司; 生命科学学院; 西北农林科技大学