谷胱甘肽合成酶基因PsGSH2的过表达增强了转基因拟南芥（Arabidopsis thaliana）对镉胁迫的耐受性

《Plant Cell Reports》：Overexpression of the glutathione synthase gene PsGSH2 enhances cadmium stress tolerance in transgenic Arabidopsis thaliana

Cd胁迫下PsGSH2通过增强抗氧化防御和调控金属转运基因显著提高拟南芥Cd耐受性，降低 shoot Cd积累59.05%，并改善光合性能和生物量损失（<40%）。

　　

摘要

主要观点

本研究首次证明，PsGSH2不仅通过增强抗氧化防御机制，还通过调节金属转运基因来减少植物体内镉（Cd）的积累，从而提高植物的镉耐受性。

摘要

镉（Cd）胁迫是一个严重的环境问题。Potentilla sericea具有很强的抗性，是用于污染修复的优良地被植物。谷胱甘肽合成酶是促进抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）合成的关键酶之一。我们克隆了在镉胁迫下上调的PsGSH2基因，并将其引入拟南芥（Arabidopsis thaliana中，以验证转基因植株对镉的反应。结果表明，在镉胁迫下，P. sericea根部的PsGSH2表达水平显著上调（增加了15.45倍）。在拟南芥中过表达PsGSH2显著提高了植物的镉耐受性。与野生型（WT）植株相比，过表达植株在镉胁迫下的种子发芽率提高了7倍以上，生物量损失显著减少（<40%）。转基因植株的光合性能得到增强，抗氧化系统也得到加强（比WT高1.9至2.2倍），氧化损伤也有所降低（比WT低50–75%）。最重要的是，其茎部镉积累量减少了59.05%，这得益于较低的生物富集因子和转运因子值（分别为46.12%和69.17%）。分子分析显示，与镉解毒相关的关键基因（AtGSH1、AtGSH2、AtIRT1、AtPCR1、AtPCR2、AtMT3）的表达水平上调了1.84至5.44倍。因此，本研究为通过基因工程方法培育耐镉植物提供了宝贵的见解，为进一步研究P. sericea的镉抗性奠定了基础。

图形摘要