课题基金 / 基金详情

自身启动子驱动下蜈蚣草不同ACR3基因的植物功能研究

批准号:
42077122
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
陈焱山
依托单位:
学科分类:
环境土壤学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈焱山

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
蜈蚣草是为数不多的成功应用于土壤砷污染修复的砷超富集植物,但其砷富集的分子机制仍不完全清楚。ACR3亚砷酸逆转运蛋白是生物砷解毒的关键转运蛋白。蜈蚣草中存在4个不同ACR3基因,是蜈蚣草区别于非超富集植物的重要分子特征,也是蜈蚣草高效富砷的关键。本项目拟以ACR3重要调控元件——自身启动子为切入点,首先通过TAIL PCR和染色体步移克隆不同ACR3自身启动子;在此基础上利用qRT-PCR和启动子融合GUS报告基因分析启动子功能和ACR3表达模式;进一步将启动子和相应ACR3分别导入模式植物烟草中表达,精准解析自身启动子驱动下ACR3在植物砷吸收、外排、转运、解毒和积累中的功能;最后在烟草中同时表达多个ACR3基因,探明不同ACR3的协同作用,系统阐明蜈蚣草砷富集分子机制,为提高蜈蚣草修复效率提供理论支撑,为培育砷积累工程植物提供重要的基因资源和调控元件。
英文摘要
Arsenic (As) hyperaccumulator Pteris vittata is one of the few plants that have been successfully applied in practical phytoremediation of As contaminated soil. However, the molecular mechanism of As hyperaccumulation in P. vittata is still unclear. Arsenite (AsIII) antiporter ACR3 is the key transporter for As detoxification. In the genome of P. vittata, four different ACR3 genes were found, which is different from non-hyperaccumulators. Thus, the multiple ACR3s are also supposed to play key role in As hyperaccumulation. In this proposal, considering the native promoters are important for gene expression and function, we will firstly clone the promoters of the four ACR3 genes using TAIL PCR and genome walking and conduct bioinformatic prediction. Based on the promoters, we will study the expression pattern of the ACR3 genes using qRT-PCR and GUS reporter gene driven by ACR3 promoters. Further more, we will transform different ACR3s into model plant tobacco, driven by their corresponding native promoters. We then investigate the roles of different ACR3s in As uptake, efflux, translocation, detoxification and accumulation in transgenic tobaccos. At last, we will transform multiple ACR3s into tobacco to investigate the synergistic effect of different ACR3. Based on these studies, we aim to clarify the function of different ACR3s in As transport, detoxification and hyperaccumulation in P. vittata, which is believe to provide basic knowledge for improving the efficiency of phytoremediation of arsenic contaminated soils by P. vittata and also to provide gene resources and regulatory elements for engineering As tolerance and hyperaccumulation in plants.
亚砷酸逆转运蛋白ACR3是生物砷解毒的关键转运蛋白。砷超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata)中存在4个不同ACR3基因,这是其区别于非砷超富集植物的重要特征,也是蜈蚣草高效富集砷的关键。在研究ACR3基因功能时,其调控原件自身启动子是不容忽视的影响因素之一。因此,本项目以ACR3基因自身启动子为切入点,构建自身启动子驱动相应ACR3基因的植物表达载体后转化烟草,分析转ACR3基因的植物砷代谢功能。研究主要内容和结论如下: .(1)通过染色体步移技术,克隆得到蜈蚣草4个不同ACR3基因的自身启动子。生物信息学分析显示,4个不同ACR3基因的自身启动子除具有启动子核心元件CAAT-box和TATA-box外,还具有环境信号因子响应元件,暗示克隆的启动子可调控ACR3基因表达。.(2)在自身启动子驱动下,PvACR3和PvACR3;2(定位于质膜上)均可特异提高烟草在砷处理条件下叶片砷含量及烟草对砷的抗性。PvACR3和PvACR3;2均主要在叶片中表达,其中PvACR3主要在叶脉中表达。PvACR3和PvACR3;2可能通过介导叶片木质部砷的卸载或细胞间砷的转运从而增加了烟草叶片砷积累。 .(3)在自身启动子驱动下,PvACR3;1和PvACR3;3(定位于液泡膜上)可通过介导AsIII的液泡区隔化特异提高植物叶片的砷积累和转运系数(叶片/根部)。PvACR3;1转基因烟草通过提高光和色素含量和抗氧化酶活性抵御砷的毒害。.(4)自身启动子驱动下,4个不同ACR3基因同时表达特异提高植物叶片的砷积累量显著高于单个ACR3基因表达提高的叶片砷积累量。在水培处理条件下,转4个ACR3基因的烟草叶片砷含量显著增加,增加的比例可高达299%。在土培处理条件下,转4个ACR3基因的烟草叶片积累的砷含量比WT增加了159%–177%。转录组学分析表明,在砷胁迫下,转基因烟草可能主要通过上调CML、nadC、nadB、FAB2等基因的表达提高植物的抗逆性。 .综上所述,本研究系统阐明了不同ACR3在蜈蚣草砷富集中的关键作用,为高效地利用蜈蚣草开展植物修复提供了理论支撑,为培育砷积累工程植物以用于砷污染土壤的植物修复提供了重要的基因资源和调控元件。
蜈蚣草不同ACR3亚砷酸逆转运蛋白的功能研究和比较
  • 批准号:
    21707068
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    陈焱山
  • 依托单位:
国内基金
海外基金