拟南芥响应多环芳烃(菲)胁迫基因的差异表达与功能分析

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多环芳烃(PAHs)污染是全球面临的一个严重的环境问题。随着社会工业化进程的加快,特别是石化燃料的大量使用,PAHs污染已经达到了非常严重的程度。由于其能引起癌症、组织细胞突变等许多人类健康问题,而引起人们的高度关注。植物能从大气、土壤中吸收PAHs,并最终起到修复环境的作用。然而,植物在分子水平上对PAHs的胁迫响应机制尚缺系统研究。本研究选用拟南芥幼苗为材料,以PAHs(菲)等为研究对象,在研究了PAHs(菲)对拟南芥胁迫响应紧密相关的特异蛋白基础上,应用荧光定量PCR技术分析拟南芥响应PAHs(菲)胁迫基因在RNA转录水平上的差异表达情况,为研究植物对PAHs(菲)胁迫的应答及调控机制、为了解PAHs(菲)的信号传导途径提供一定的科学依据。主要研究结果如下:不同时间PAHs(菲)胁迫下,鉴定的29个差异表达蛋白质编码的基因在转录水平上的表达都呈现出显著的差异。其中23个蛋白质编码基因在胁迫过程中表现出上调趋势,6个蛋白质编码基因在胁迫过程中表现出为下调。信号转导蛋白及甲基化酶类编码的基因的表达差异反映出PAHs(菲)胁迫过程中植物核苷二磷酸激酶(At4g11010)及鸟嘌呤核苷酸结合蛋白(G蛋白,At1g18080)参与了细胞内的信号传递,并通过胞嘧啶甲基化或去甲基化来调控相关基因的表达或沉默以积极的响应及防御菲胁迫,胁迫24h时响应达到高峰。活性氧相关蛋白、植物防御蛋白等防卫相关蛋白的编码基因表达量除了在胁迫24h时响应达到峰值外,随着时间的延长,胁迫48h时57%的防卫相关蛋白基因表现出第二个响应高峰。光合作用、糖分解代谢及氨基酸合成等代谢相关蛋白编码基因的表达量在胁迫24h时也表现出显著的峰值,反映出植物虽然在胁迫24h内通过加快光合作用、糖分解代谢及氨基酸的合成来积极响应菲胁迫,但随着胁迫时间的延长,光合作用、糖分解代谢及氨基酸的合成等代谢在RNA水平上开始受到一定程度的抑制。此外,本研究还试图从基因失活与激活两方面研究这些差异表达基因的功能。以T-DNA插入失活突变体为材料,研究了差异表达基因失活状态下,突变体拟南芥在PAHs胁迫下的表型变化。研究发现,9个单基因失活突变体中,只有一个突变体(SALK046009)(失活基因号:AT1g48030)在根长这一表型上与野生型有显著性差异,而对于其他的突变体,与野生型相比表型差异则并不显著。同时,本研究还构建了两个拟南芥响应PAHs(菲)胁迫的基因的过表达载体(AT1G18080、AT3G16420),用农杆菌介导法转化拟南芥,为进一步研究这些基因的功能奠定基础。
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