拟南芥编码锌转运蛋白ZNE1基因表达模式和生理功能研究

发布时间：2021-08-25 13:43

锌(Zn)、铁(Fe)及钙(Ca)是维持植物正常生长发育所必需的元素,Zn和Fe是微量元素,Ca是大量元素。当Zn、Fe和Ca含量过高或过低时,都会影响植物的生长发育。因此越来越多的科研工作者关注植物体内Zn、Fe、Ca等离子的稳态调控机制。我们对拟南芥Zinc Nutrition Essentiall(ZNE1)基因缺失突变体进行纯合鉴定并获得两种纯合突变体,分别命名为znel-l和zne1-2。对这两种突变体进行表型分析发现,在高锌(150 μM Zn~(2+))、低铁(0.5μM Fe~(2+))、低钙(0mM Ca~(2+))培养条件下,突变体叶片发黄、根短,长势显著弱于野生型(Col-0),具有高锌敏感、低铁敏感和低钙敏感表型;随后将ZNE1基因互补zne1-1和zne1-2突变体后,突变体的表型恢复至野生型表型。为深入研究ZNE1基因是否影响植物对Zn、Fe、Ca等矿质元素的吸收和积累,通过电感耦合等离子体光谱仪(Inductively Coupled Plasma,ICP)对植物中Zn、Fe、Ca的总含量进行测定。结果显示,在用不同浓度的Zn~(2+)、Fe~(2+)、Ca~(2+)处理zne1与野生型Col-0植物的条件下,二者的Zn、Fe、Ca含量均无显著差异,表明Z1NE1基因不参与植物体Zn、Fe、Ca等矿质元素的吸收和积累,可能参与这些元素的分布。通过台盼蓝染色检测受损或死亡细胞,发现在高锌条件下znel-1、zne1-2和Col-0相比,成熟叶片叶脉呈现较深蓝色,山此推测可能维管束细胞周围的细胞因积累较多的Zn~(2+)而受损。我们利用GUS组织化学染色法研究ZNE1基因的表达模式,结果显示ZNE1在拟南芥的根和叶上均有表达。本研究发现ZNE1在拟南芥中系统性表达可能参与植物Zn~(2+)、Fe~(2+)、Ca~(2+)的稳态调控。基于ZNE1基因具有重要的生理功能,本研究为后续优化农作物Zn、Fe、Ca含量提供一定的理论基础。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q943.2

文章目录

摘要

ABSTRACT

符号说明

一引言

1.1 Zn~(2+)的生理功能

1.1.1 低锌对植物和人类的危害

1.1.2 高锌对植物和人类的的影响

1.1.3 Zn转运蛋白

1.2 Fe~(2+)的生理功能

1.2.1 低铁环境对植物的影响

1.2.2 铁对人类的影响

1.2.3 铁转运蛋白

1.3 Ca~(2+)对植物的生理作用

1.3.1 低钙环境对植物的影响

1.3.2 高钙环境对植物的影响

1.3.3 钙在人体中的作用

1.3.4 钙转运蛋白

1.4 选题依据及技术路线

1.4.1 选题依据

1.4.2 技术路线

二材料与方法

2.1 材料

2.1.1 植物材料

2.1.2 主要试剂与耗材

2.1.3 主要溶液与培养基的配制

2.1.4 GUS染色相关溶液

2.1.5 Trypan Blue染色液配方

2.1.6 抗生素的配置

2.2 方法

2.2.1 拟南芥的培养

2.2.2 DNA的快速提取

2.2.3 zne1突变体的纯合鉴定

2.2.4 zne1突变体在不同Zn~(2+)浓度下的表型分析

2.2.5 zne1突变体在不同Fe~(2+)浓度下的表型分析

2.2.6 zne1突变体在不同Ca~(2+)浓度下的表型分析

2.2.7 zne1互补材料的表型分析

2.2.8 ICP测定总Zn、Fe、Ca含量

2.2.9 Trypan Blue染色

2.2.10 pORE R1-ZNE1 Promoter-GUS克隆

三结果与分析

3.1 zne1纯合植株的获得

3.2 突变体zne1在高锌、低铁、低钙上具有敏感表型

3.2.1 ZNE1基因缺失突变体在不同Zn~(2+)浓度下的表型分析

3.2.2 ZNE1基因缺失突变体在不同Fe~(2+)浓度下的表型分析

3.2.3 ZNE1基因缺失突变体在不同Ca~(2+)浓度下的表型分析

3.3 zne1互补材料的表型分析

3.4 ZNE1不参与Zn、Fe、Ca元素的积累

3.5 高锌条件下水培苗的细胞受损研究

3.6 ZNE1基因表达模式研究

3.6.1 ZNE1表达特异性研究

四结论与讨论

4.1 结论

4.2 讨论

4.2.1 zne1表型分析

4.2.2 zne1与野生型的根和叶中Zn、Fe、Ca的含量分析

参考文献

本学位论文得到如下科研项目的资助

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

【参考文献】