小麦铜转运蛋白基因TaCOPT3响应镉胁迫的功能分析

　　

摘要： 铜转运蛋白(COPT)参与植物金属离子稳态调控，但其在小麦镉(Cd)胁迫应答中的功能尚未明确。基于前期转录组分析发现TaCOPT3受Cd胁迫显著上调，本研究克隆了其3个同源拷贝，并系统解析了其序列特征、表达模式及生物学功能。序列分析显示，TaCOPT3-A、TaCOPT3-B、TaCOPT3-D分别编码162个、150个和162个氨基酸，均含有保守的Ctr铜转运结构域，与水稻OsCOPT3序列一致性为65.40%~68.67%。亚细胞定位预测显示，TaCOPT3的3个拷贝均定位于质膜中。启动子区富含ABA、MeJA、SA等激素响应元件及MYB结合位点。RT-qPCR分析显示，Cd胁迫显著诱导3个同源拷贝上调表达，表达量随Cd浓度升高而增加；在300 mmol L^?1 CdCl₂处理下，TaCOPT3-A在地上部的表达量较对照上调427倍，高于其他拷贝。功能验证表明，在50 mmol L^?1和300 mmol L^?1 CdCl₂处理下，TaCOPT3-A突变体e0483地上部Cd积累量较野生型分别显著降低44.52%和30.92%，生物富集因子分别降低36.62%和24.19%。单倍型分析显示，TaCOPT3-A存在2种主要单倍型，其中，单倍型1在全球种质中占63.30%，已知低Cd积累品种济麦22属于该单倍型。综上，TaCOPT3为小麦Cd胁迫响应基因。TaCOPT3-A功能缺失可显著降低地上部Cd积累，表明其参与Cd向地上部的转运调控，该研究为揭示小麦Cd胁迫应答机制提供了理论依据。