土壤中重金属镉污染是当今亟待解决的世界难题之一,相比较于传统的物理化学修复技术,植物修复以绿色、高效等特点受到众多研究者的青睐。大量科学研究表明十字花科芸苔属植物具有较强的镉吸附能力,能有效修复受镉污染的土壤。相对于其它修复植物,甘蓝型油菜(Brassica napus)具有根系发达,地上部生物量大,抗胁迫能力强等特点,能够有效富集土壤中过多的镉,是我国种植面积最大、分布最广、籽粒产油量最高的油菜品种。此外还具有工业、饲用、蜜源和观赏等多种用途,在保持原有经济价值的同时还具有修复土壤中镉污染的潜力,是目前修复镉污染土壤的良好选择。因此,筛选具有镉耐受能力的甘蓝型油菜品种(系),鉴定油菜体内镉吸收和转运相关蛋白或功能基因,对Crude oil biodegradation于研究油菜应答镉胁迫的分子机制、培育用于土壤污染修复的实用型镉超积累油菜具有重要意义。本研究主要对课题组前期筛选出的4个甘蓝型油菜品系进行了进一步的细胞和生理学鉴定,并对油菜H334品系转录组数据中筛选出的镉相关候选基因进行了进一步的验证。主要研究结果如下:1.通过测定油菜镉耐受品系H334、H423和镉敏感品系H486、H540在镉胁迫下的干重、镉含量,观察各品系在根、茎、叶细胞学水平的差异,并测定不同品系在镉胁迫下的生理指标,发现H334经镉处理后根部镉含量积累较多,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸(ASA)等活性显著增强而H486镉胁迫后根部镉含量较低,生理指标无显著响应。2.从H334转录组数据中筛选出8个可能与镉转运相关的候选基因。分别在镉耐受品系H334和镉敏感油菜品系H486进行基因的组织表达分析并通过在酵母中异源互补验证这些基因的功能。组织表达分析结果表明这8个基因中大多数基因在镉胁迫后表达量发生显著变化,且在镉敏感性差异材料间基因的表达也存在显著差异。酵母LBH589配制互补实验表明Bn HIPP26和Bn HIPP47-like基因能增强酵母镉敏感型突变体Δycf1在含镉培养基上的生长。3.Bn HIPP26和Bn HIPP47-like基因属于甘蓝型油菜重金属相关异戊二烯化蛋白家族(HIPPs),对Bn HIPPs基因家族进行了生物信息学分析。以拟南芥中At HIPPs基因为参考,最终从甘蓝型油菜品种中双11(ZS11)基因组中筛选鉴定出124个Bn HIPPs基因,并对Bn HIPPs基因进行了进化树、保守基序和保守结构域等分析。进化分析结果表明Bn HIPPs基因主要被分为5个不同的簇,几乎所有Bn HIPPs蛋白(包括Bn HIPP26和Bn HIPP47-like)都含有motif 1(重金属保守结合基序M/L/IXCXXC)、motif 5(富含甘氨酸和脯氨酸区端)和motif 2(含异戊二烯化Caa X)基序。同时,该基因家族在基因结构方面也表现出同簇相似性。通过对所有Bn HIPPs基因上游2000 bps的启动子序列进行了分析。结果显示,所有的Bn HIPPs基因启动子中都有两个及以上的顺式作用元件,并且大多数都具有激素响应元件(如脱落酸、茉莉酸、赤霉素等)和参与防御胁迫响应元件。染色体结果显示除10个Bn HIPP基因未匹配到染色体上外,其余114个Bn HIPPs基因不均匀的分布在甘蓝型油菜的19条染色体上。4.为进一步验证Bn HIPP26和Bn HIPP47-like基因的功能,构建了基因的植物表达载体,并分别转入烟草和野生型拟南芥中。亚细胞定位结果Erastin molecular weight表明Bn HIPP26-GFP融合蛋白定位在细胞核,Bn HIPP47-like-GFP定位在细胞核和细胞膜。同时,成功将这两个基因转化至野生型拟南芥中,初步筛选获得了T_1代转基因植株。