一个拟南芥耐硒基因的克隆及功能分析

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硒是一种重要的微量元素,适量的硒能预防疾病、延缓衰老、抵抗多种外界胁迫对机体造成的损害,过量的硒则会有毒害作用,因此,探讨植物对硒耐受机制,找出真正的植物耐硒关键因子具有重要的理论意义和实践价值。本文从化学激活型XVE系统中筛选出功能缺失型突变体vse2,鉴定其对硒有一定的耐受性,通过Tail-PCR技术克隆该基因,并初步解析该基因调控硒耐受的分子机理。结果如下:  1.从拟南芥XVE突变体库中,筛选获得耐硒突变体vse2,在30μNa2SeO3和10μMβ-estradio+30μM Na2SeO3的培养基中,突变体vse2均表现出耐硒性状,说明突变体vse2对硒的耐受性与β-estradiol无关。  2.利用Tail-PCR技术,克隆了拟南芥VSE2基因,该基因为TPS22(At1g33750),编码一个可能的萜类合成酶,T-DNA插入TPS22基因起始密码子ATG下游第一个外显子的第29个碱基处。基因同源性和氨基酸序列比对的结果显示,TPS22基因有较高的保守性,并且与琴叶拟南芥有较高的相似性。  3.TPS22基因在突变体vse2中表达量降低,说明该突变体是基因敲除型突变体。另外,TPS22基因在不同组织中表达量水平有差异性,在根中表达量最高,在花中表达量最低。  4.硒胁迫下,突变体vse2根部和茎部组织中的硒含量均较WT低,同时检测了磷转运体PHT1;1,发现PHT1;1在突变体vse2中的表达量也降低,推测突变体vse2体内积累较少的硒与其转运体减少有关。  5.硒代半胱氨酸甲基化转移酶SMT基因在突变体vse2中的表达量较高,推测突变体vse2中硒代半胱氨酸转变为硒代甲基半胱氨酸,减少了硒蛋白的毒性。  6.硒胁迫下,突变体vse2中GPX1基因表达和GPX活性上升,说明突变体vse2清除胁迫产生的活性氧能力提高。  7.硒胁迫下,当培养基中加入BSO时,突变体vse2对硒的耐受性消失;且突变体vse2中的GSH含量和GSH1基因表达量均升高,说明突变体vse2对硒的耐受性部分依赖GSH途径。  8.进一步检测CTK含量和相关基因IPT、TPS25基因的表达量,发现硒胁迫下,CTK含量增加,同时IPT、TPS25基因的表达量上升,推测CTK含量上升,与相关基因IPT、TPS25表达量上升有关。  9.耐硒突变体vse2对干旱、甘露醇、低温胁迫敏感。  综上所述,TPS22基因介导硒耐受的分子机制可能是:1、硒胁迫下,突变体vse2中磷转运体PHT1;1基因表达量降低,使得进入突变体中的硒较少,减少了过量的硒对植物的伤害。另外,突变体通过高水平的表达SMT和GPX基因,减少错误硒蛋白的插入,增强GPX活性,提高了突变体vse2清除H2O2能力,增加突变体对硒的耐受性。2、TPS22介导的硒耐受部分依赖GSH途径。3、突变体TPSS基因的下调,引起异戊烯基转移酶和萜类合酶相关基因的表达水平增强,使细胞分裂素含量上升,提高了突变体的抗逆能力。  另外,TPS22基因下调,使得突变体vse2对干旱、低温、渗透胁迫敏感。
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