糖用甜菜中 NRAMP 基因家族的全基因组特征分析及镉胁迫下 BvNRAMP6 的功能分析

《BMC Plant Biology》：Genome-wide characterization of the NRAMP gene family in sugar beet and functional analysis of BvNRAMP6 under cadmium stress

　　

摘要

背景

自然抗性相关巨噬细胞蛋白（NRAMPs）是参与植物对镉（Cd）生物反应的多功能金属转运蛋白。甜菜（Beta vulgaris L.）是一种具有重金属修复潜力的前景能源作物，因此了解 BvNRAMPs 在镉调节中的功能至关重要。

结果

本研究通过全基因组分析和系统发育方法鉴定了四个 BvNRAMP 家族成员（BvNRAMP2、BvNRAMP3、BvNRAMP6 和 BvNRAMP7）。它们分布在不同染色体上，并共享共同基序（1–8）。顺式作用元件分析显示，BvNRAMPs 包含 6 个（BvNRAMP2）至 32 个（BvNRAMP6）响应各种生物和非生物胁迫及激素（如 ABRE）的元件。亚细胞定位研究表明，所有四种 BvNRAMPs 均定位于质膜。转录组数据和 qRT-PCR 分析表明，经 0.5 mmol/L CdCl₂ 处理后，BvNRAMP3、BvNRAMP6 和 BvNRAMP7 在叶片和根部均显著上调（p < 0.05），而 BvNRAMP2 在叶片中下调但在根部上调。值得注意的是，与未处理的对照组相比，暴露于镉 12 小时后，BvNRAMP6 在叶片和根部中的表达水平分别提高了 14.9 倍和 17.5 倍。酵母异源表达实验证实，BvNRAMP6 和 BvNRAMP7 增强了镉敏感型 ?ycf1 酵母突变体的镉含量和耐受性。此外，过表达 BvNRAMP6（OE-1 和 OE-2）的转基因拟南芥在 10、20 和 40 μmol/L CdCl₂ 下表现出改善的生长状况，表现为根长、鲜重和干重增加，以及镉积累量比野生型植物高出 70% 以上；转基因品系还表现出 SOD 和 POD 活性增加以及 MDA 水平降低，表明 ROS 清除能力增强、镉毒性降低和镉耐受性提高。

结论

本研究提供了关于 BvNRAMPs，特别是 BvNRAMP6，在镉积累和耐受性中功能角色的见解，为应用甜菜修复镉污染土壤提供了分子基础。

背景

自然抗性相关巨噬细胞蛋白（NRAMPs）是参与植物对镉（Cd）生物反应的多功能金属转运蛋白。甜菜（Beta vulgaris L.）是一种具有重金属修复潜力的前景能源作物，因此了解 BvNRAMPs 在镉调节中的功能至关重要。

结果

本研究通过全基因组分析和系统发育方法鉴定了四个 BvNRAMP 家族成员（BvNRAMP2、BvNRAMP3、BvNRAMP6 和 BvNRAMP7）。它们分布在不同染色体上，并共享共同基序（1–8）。顺式作用元件分析显示，BvNRAMPs 包含 6 个（BvNRAMP2）至 32 个（BvNRAMP6）响应各种生物和非生物胁迫及激素（如 ABRE）的元件。亚细胞定位研究表明，所有四种 BvNRAMPs 均定位于质膜。转录组数据和 qRT-PCR 分析表明，经 0.5 mmol/L CdCl₂ 处理后，BvNRAMP3、BvNRAMP6 和 BvNRAMP7 在叶片和根部均显著上调（p < 0.05），而 BvNRAMP2 在叶片中下调但在根部上调。值得注意的是，与未处理的对照组相比，暴露于镉 12 小时后，BvNRAMP6 在叶片和根部中的表达水平分别提高了 14.9 倍和 17.5 倍。酵母异源表达实验证实，BvNRAMP6 和 BvNRAMP7 增强了镉敏感型 ?ycf1 酵母突变体的镉含量和耐受性。此外，过表达 BvNRAMP6（OE-1 和 OE-2）的转基因拟南芥在 10、20 和 40 μmol/L CdCl₂ 下表现出改善的生长状况，表现为根长、鲜重和干重增加，以及镉积累量比野生型植物高出 70% 以上；转基因品系还表现出 SOD 和 POD 活性增加以及 MDA 水平降低，表明 ROS 清除能力增强、镉毒性降低和镉耐受性提高。

结论

本研究提供了关于 BvNRAMPs，特别是 BvNRAMP6，在镉积累和耐受性中功能角色的见解，为应用甜菜修复镉污染土壤提供了分子基础。