水稻漆酶介导植株体内阿特拉津和异丙隆降解机理的研究
漆酶是一类大的含铜多酚氧化酶,具有特异性的氧化还原位点,参与植物生长发育、调节植物对外源有毒物质如除草剂、重金属等环境胁迫响应具有重要的作用.阿特拉津(atrazine,ATR)是一种三嗪类选择性内吸传导型苗前、苗后除草剂,干扰抑制植物的光合作用,破坏叶绿素的合成,抑制碳水化合物的生成、碳源的还原和细胞中CO2的还原,从而导致杂草致死.异丙隆(isoproturon,IPU)是一种内吸传导型的取代腺类除草剂,通过干扰光合作用Ⅱ的电子传递,抑制光合作用而起到去除杂草的作用.在本文研究中,对阿特拉津、异丙隆处理下水稻幼苗的转录组进行高通量测序,找出参与有毒除草剂阿特拉津、异丙隆解毒代谢的漆酶基因,经差异表达筛选得到2个阿特拉津胁迫下的漆酶基因和11个异丙隆胁迫下的漆酶基因,随机挑选其中5个漆酶基因进行验证和实时荧光定量PCR分析,其调控趋势与数字表达谱一致.运用生物信息学软件对水稻漆酶基因进行进化树构建和启动子顺式作用元件预测.在0.4mg.L-1的阿特拉津、2mg·L-1异丙隆处理下,水稻幼苗叶片中叶绿素含量降低,茎叶和根中TBARS含量升高,电解质渗透率增大,表明阿特拉津、异丙隆对水稻产生毒性.水稻地上部分和地下部分漆酶活力较空白处理组显著上升,表明了除草剂的处理会激发水稻幼苗自身的防御机制,分泌更多的漆酶来抵抗外界的不利影响.为研究漆酶基因的功能,我们将水稻漆酶基因(LOC_Os12g15680和LOC_Os01g63190)成功转入毕赤酵母X-33细胞.重组酵母的漆酶活力提高,且重组酵母-LOC_Os12g1 5680发现积累更少的阿特拉津和产生更多阿特拉津的降解产物,阿特拉津的降解率提高了 1.56倍;重组酵母-LOC_Os01g63190发现积累更少的异丙隆和产生更多异丙隆的降解产物,异丙隆的降解率提高了 1.83倍.重组酵母对阿特拉津、异丙隆的代谢降解产物采用超高效液相色谱串联质谱(UPLC/MS/MS)检测技术鉴定与分析.检测出阿特拉津的主要代谢产物是羟基化阿特拉津HDHA,异丙隆的主要代谢产物是 2-OH-isopropyl-IPU.研究表明,水稻漆酶基因能在毕赤酵母中高效表达,而且具有较好的降解除草剂阿特拉津、异丙隆的能力,为今后培育阿特拉津、异丙隆的抗性植物在作物脱毒代谢加速降解有毒除草剂残留的研究方面提供依据.
- 作者：
- 黄梦甜
- 学位授予单位：
- 南京农业大学
- 专业名称：
- 化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 杨红
- 中图分类号：
- TQ450.2
- 关键词：
- 漆酶；阿特拉津；异丙隆；水稻；异源表达；降解
- Laccase； Atrazine； Isoproturon； Rice(Oryza sativa)； Heterogeneous expressing； Degradation