甘蓝型油菜中zip家族蛋白对镉胁迫的响应
锌铁调控蛋白（ZRT，IRT like protein, ZIP）是一类以转运锌离子和铁离子为主转运二价金属阳离子的蛋白。随着镉(Cd)污染的加重和植物修复技术的发展，甘蓝型油菜中ZIP家族对镉的响应引起了关注。本文筛选出了油菜中ZIP家族的相关蛋白，并对其进行命名和生物信息学相关分析，研究其进化关系并预测其结构特征。同时，运用实时荧光定量（qRT-PCR）的方法验证了镉存在时，ZIP家族基因表达存在差异，大多为上调情况，表达量增加，证实了甘蓝型油菜中ZIP家族对镉胁迫的响应，但其内在的分子机理仍需探究。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 主要材料及仪器 2
1.1.1 材料 2
1.1.2主要仪器2
1.1.3 主要试剂2
1.2 主要方法2
1.2.1甘蓝型油菜中ZIP家族全基因组筛选2
1.2.2在实验室自建的高通量测序库中筛选出ZIP基因并确定差异表达的蛋白基因3
1.2.3 ZIP家族响应镉胁迫定量验证3
2 结果与分析6
2.1油菜ZIP家族成员的筛选及命名6
2.2 ZIP家族亲缘关系的分析9
2.3 ZIP家族蛋白motif的分析10
2.4染色体定位分析11
2.5高通量测序库中ZIP基因的筛选及镉胁迫下差异表达分析13
2.6 ZIP家族响应镉胁迫定量验证14
3 讨论 15
3.1油菜中ZIP家族的筛选及命名 15
3.2 ZIP家族生物信息学的预测及响应镉胁迫的验证15
致谢16
参考文献16
甘蓝型油菜中ZIP家族蛋白对镉胁迫的响应
国家生命科学与技术人才培养基地 郭睿萱
引言
随着社会工业和采矿业的不断发展，重金属的污染越发引起了广大科学家的重视。其中，重金属镉(Cd)的威胁不容忽视，镉(Cd)污染是危害性最大的。Cd元素已被联合国环境规划署列为全 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
球性意义危害化学物质之首。Cd元素在土壤中残留，通过植物的代谢活动在植物体中富集，通过食物链的传递进入人体，严重危害人体的健康[1] [2]。
除此之外，Cd元素也会对土壤造成危害，使得土壤功能失调，土质下降[1] [2]。还会影响植物的生长状况，当植物处于镉胁迫状态时，细胞的生长分裂会受到不同程度的抑制，植物体的生长发育情况也会受到影响；当植物体受镉毒害时，对水分的吸收也会有影响，出现萎蔫的状况；当环境中镉浓度超标时，植物体的叶绿素含量明显降低，且线粒体本身对重金属的存在及其敏感，所以植物的光合作用和呼吸作用也会受到不同程度的影响[1]。
综上所述，对镉污染的防治已经变得十分重要，植物修复是关键途径之一，利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害，研究表明，通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，可以净化土壤或水体中的污染物，达到净化环境的目的，甘蓝型油菜是一种很好的超富集重金属的植物，虽然其内在的分子生物学机制还未见研究报道。
锌铁调控蛋白（ZRT，IRT like protein, ZIP），是一个可以转运二价阳离子的蛋白家族[3]。ZIP家族得名于第一个成员 ZRT，IRTlike蛋白的认定,IRT1（铁转运蛋白基因）是拟南芥阳离子转运蛋白，ZRT1和ZRT2（锌转运蛋白基因）也属于ZIP蛋白家族，常在缺铁植物[4]根部表达，这两种转运体对酵母的亲和力不同[5,6]。到现在为止，已经确认了超过25个ZIP家族成员，这些基因有两个基于氨基酸的相似之处，植物中包括20个基因家族（拟南芥中16个，番茄中2个，豌豆中1个，水稻中1个），酵母中包括2个基因（ZRT1和ZRT2），还有原生动物布氏锥虫的基因；基因家族亚科包括线虫中的8个基因、Drosophila的1个基因和人类的2个基因[7]。虽然基因组学正在迅速扩大，ZIP许多家族成员仍缺少功能性数据。
大多数ZIP家族蛋白可能有8个潜在的转运螺旋结构、跨膜结构域和一个类似的膜结构，膜结构中的氨基和羧基末端的蛋白暴露在细胞膜的外表面,ZIP蛋白的长度在309到476个氨基酸之间，这种差异很大程度上是由于跨膜结构域III和IV之间的长度决定的，这个区域被称为“可变区域”[7]。在大多数情况下，可变区域包含一个潜在的金属结合结构域，富含组氨酸残基，例如，在IRT1中，结构特征是hghghgh[7]。类似的潜在金属结合结构域发现外排蛋白，它也是阳离子扩散推动者[8]。一些秀丽线虫ZIP蛋白具有这种潜在的金属结合位点，位于除可变区域外的位置[8]。ZIP家族蛋白最保守的部分是跨膜结构域IV，猜测是由一个完全保守的组氨酸残基形成一种两性螺旋，组氨酸残基，与相邻的极性残基相连，在膜内形成一个重金属结合部位，这也是运输途径的一部分[9]。
目前，对于ZIP蛋白家族转运镉的研究在农作物中研究的不是很多，对水稻的研究占了很大部分，对油菜的研究还不够全面和完善[10]。ZIP家族蛋白分布于植物体内不同器官和细胞内不同位置，具有不同的亲和性，器官表达的情况和植物响应状态也存在不同[3]。ZIP家族蛋白在整个镉胁迫调控过程中发挥关键作用，它们参与吸收、螯合、区室化和代谢利用等关键步骤，可以将镉排出细胞质，或运载至液泡，在植物解毒过程中发挥积极的防御作用[7]。迄今为止，没有发现植物细胞的镉特异转运体，Cd的吸收很可能通过有效的方式发生。本次实验设计，主要研究甘蓝型油菜中ZIP蛋白对镉胁迫的响应，以此为植物修复重金属镉污染提供可行的理论研究基础。
1 材料与方法
1.1 主要材料及仪器
1.1.1 材料：特种四号甘蓝型油菜
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 主要材料及仪器 2
1.1.1 材料 2
1.1.2主要仪器2
1.1.3 主要试剂2
1.2 主要方法2
1.2.1甘蓝型油菜中ZIP家族全基因组筛选2
1.2.2在实验室自建的高通量测序库中筛选出ZIP基因并确定差异表达的蛋白基因3
1.2.3 ZIP家族响应镉胁迫定量验证3
2 结果与分析6
2.1油菜ZIP家族成员的筛选及命名6
2.2 ZIP家族亲缘关系的分析9
2.3 ZIP家族蛋白motif的分析10
2.4染色体定位分析11
2.5高通量测序库中ZIP基因的筛选及镉胁迫下差异表达分析13
2.6 ZIP家族响应镉胁迫定量验证14
3 讨论 15
3.1油菜中ZIP家族的筛选及命名 15
3.2 ZIP家族生物信息学的预测及响应镉胁迫的验证15
致谢16
参考文献16
甘蓝型油菜中ZIP家族蛋白对镉胁迫的响应
国家生命科学与技术人才培养基地 郭睿萱
引言
随着社会工业和采矿业的不断发展，重金属的污染越发引起了广大科学家的重视。其中，重金属镉(Cd)的威胁不容忽视，镉(Cd)污染是危害性最大的。Cd元素已被联合国环境规划署列为全 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
球性意义危害化学物质之首。Cd元素在土壤中残留，通过植物的代谢活动在植物体中富集，通过食物链的传递进入人体，严重危害人体的健康[1] [2]。
除此之外，Cd元素也会对土壤造成危害，使得土壤功能失调，土质下降[1] [2]。还会影响植物的生长状况，当植物处于镉胁迫状态时，细胞的生长分裂会受到不同程度的抑制，植物体的生长发育情况也会受到影响；当植物体受镉毒害时，对水分的吸收也会有影响，出现萎蔫的状况；当环境中镉浓度超标时，植物体的叶绿素含量明显降低，且线粒体本身对重金属的存在及其敏感，所以植物的光合作用和呼吸作用也会受到不同程度的影响[1]。
综上所述，对镉污染的防治已经变得十分重要，植物修复是关键途径之一，利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害，研究表明，通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，可以净化土壤或水体中的污染物，达到净化环境的目的，甘蓝型油菜是一种很好的超富集重金属的植物，虽然其内在的分子生物学机制还未见研究报道。
锌铁调控蛋白（ZRT，IRT like protein, ZIP），是一个可以转运二价阳离子的蛋白家族[3]。ZIP家族得名于第一个成员 ZRT，IRTlike蛋白的认定,IRT1（铁转运蛋白基因）是拟南芥阳离子转运蛋白，ZRT1和ZRT2（锌转运蛋白基因）也属于ZIP蛋白家族，常在缺铁植物[4]根部表达，这两种转运体对酵母的亲和力不同[5,6]。到现在为止，已经确认了超过25个ZIP家族成员，这些基因有两个基于氨基酸的相似之处，植物中包括20个基因家族（拟南芥中16个，番茄中2个，豌豆中1个，水稻中1个），酵母中包括2个基因（ZRT1和ZRT2），还有原生动物布氏锥虫的基因；基因家族亚科包括线虫中的8个基因、Drosophila的1个基因和人类的2个基因[7]。虽然基因组学正在迅速扩大，ZIP许多家族成员仍缺少功能性数据。
大多数ZIP家族蛋白可能有8个潜在的转运螺旋结构、跨膜结构域和一个类似的膜结构，膜结构中的氨基和羧基末端的蛋白暴露在细胞膜的外表面,ZIP蛋白的长度在309到476个氨基酸之间，这种差异很大程度上是由于跨膜结构域III和IV之间的长度决定的，这个区域被称为“可变区域”[7]。在大多数情况下，可变区域包含一个潜在的金属结合结构域，富含组氨酸残基，例如，在IRT1中，结构特征是hghghgh[7]。类似的潜在金属结合结构域发现外排蛋白，它也是阳离子扩散推动者[8]。一些秀丽线虫ZIP蛋白具有这种潜在的金属结合位点，位于除可变区域外的位置[8]。ZIP家族蛋白最保守的部分是跨膜结构域IV，猜测是由一个完全保守的组氨酸残基形成一种两性螺旋，组氨酸残基，与相邻的极性残基相连，在膜内形成一个重金属结合部位，这也是运输途径的一部分[9]。
目前，对于ZIP蛋白家族转运镉的研究在农作物中研究的不是很多，对水稻的研究占了很大部分，对油菜的研究还不够全面和完善[10]。ZIP家族蛋白分布于植物体内不同器官和细胞内不同位置，具有不同的亲和性，器官表达的情况和植物响应状态也存在不同[3]。ZIP家族蛋白在整个镉胁迫调控过程中发挥关键作用，它们参与吸收、螯合、区室化和代谢利用等关键步骤，可以将镉排出细胞质，或运载至液泡，在植物解毒过程中发挥积极的防御作用[7]。迄今为止，没有发现植物细胞的镉特异转运体，Cd的吸收很可能通过有效的方式发生。本次实验设计，主要研究甘蓝型油菜中ZIP蛋白对镉胁迫的响应，以此为植物修复重金属镉污染提供可行的理论研究基础。
1 材料与方法
1.1 主要材料及仪器
1.1.1 材料：特种四号甘蓝型油菜
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