| 题名 | 水稻砷代谢关键基因的表达调控和磷砷交互作用机制 |
| 作者 | 王利红 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 朱永官 ; 段桂兰 |
| 关键词 | 水稻 磷 砷 砷酸盐还原酶 亚砷酸甲基转移酶 基因超量表达 Real-time PCR Northern杂交技术 Rice Phosphorus Arsenic OsACR2.1 ArsM Northern blot Gene-overexpression |
| 其他题名 | Function and Expression of Key Enzymes in Rice Arsenic Metabolism and Phosphorus-arsenic Interactions |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 东南亚和我国部分地区地下水和稻田砷污染严重。进入水稻的砷可通过大米以及大米制品的食用进入人体，对人体产生健康风险。本文主要研究砷的同系物磷对水稻砷毒性、吸收、代谢以及形态配比的影响；同时通过基因转导的手段将控制砷代谢过程的关键基因砷酸盐还原酶基因（OsACR2.1）和亚砷酸甲基转移酶基因（ArsM）超量表达到水稻体内，调控砷的代谢，改变水稻籽粒砷含量和形态配比。最终，通过水稻籽粒砷含量和形态配比的改变降低大米食用产生的人体健康风险。 研究结果表明：缺磷胁迫的水稻对五价砷毒性十分敏感，添加50 μM砷酸钠4小时后表现急性砷中毒症状，而加磷水稻在24小时的处理过程内未表现砷中毒症状。水稻砷暴露过程中，外部磷含量的增加可明显降低砷的吸收积累量，减轻水稻砷中毒症状。 缺磷胁迫诱导水稻根系砷酸盐还原酶基因OsACR2.1表达量和砷酸盐还原酶活性的增加，同时缺磷诱导过氧化氢含量增加，营养液中外加过氧化氢可诱导OsACR2.1表达量增加。砷形态分析表明，苗期水稻体内砷主要以五价砷和三价砷的形式存在，未检测到甲基砷。缺磷胁迫后加砷处理的水稻根系内和根系释放液中五价砷比例较高，而加磷水稻加砷处理后根系内和释放液中三价砷占绝对优势。由此可见，磷可改变水稻体内砷的代谢和形态配比。 利用农杆菌介导的方法分别将水稻体内克隆的OsACR2.1和红假单胞菌中克隆的ArsM基因成功转入日本晴的愈伤组织，并且利用Northern杂交技术筛选得到了转录水平分别超量表达两个基因的阳性苗。对两种阳性植株的籽粒进行砷形态分析，结果表明：超量表达ArsM基因的水稻糙米和谷壳中的总砷含量明显降低，籽粒中砷形态配比变化不大，仅三价砷的百分比略微降低，DMA的百分含量略微增加。超量表达砷酸盐还原酶基因OsACR2.1的水稻谷壳中总砷含量显著降低，糙米中总砷含量变化不大。OsACR2.1基因的超量表达改变了糙米中砷的形态配比，DMA和三价砷百分含量明显增加，五价砷的绝对含量和百分比显著降低。由此可见，ArsM和OsACR2.1基因的超量表达可通过不同方式降低水稻籽粒的砷毒性。两种转基因水稻T1代幼苗砷抗性试验表明：超量表达ArsM的水稻幼苗对三价砷的抗性增强，添加20 μM亚砷酸钠48小时后，野生型（WT）表现明显砷中毒症状，但ArsM基因超量表达的水稻幼苗未表现任何砷中毒症状。ArsM基因超量表达的水稻地下部砷含量为WT的2倍，而地上部砷含量低于WT，转运系数（地上部砷含量/地下部砷含量）由野生型中的0.093降低至0.047，这说明尽管超量表达ArsM基因吸收的总砷量较野生型高，但砷大部分保留在根系中，向地上部转运少，因此地上部未表现砷中毒症状，三价砷抗性增强。超量表达OsACR2.1或ArsM基因均对水稻五价砷的抗性影响不大，但当五价砷浓度较高时（100 μM），超量表达OsACR2.1基因增加水稻地下部三价砷含量和百分比，降低地上部三价砷含量，利于水稻砷解毒。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 公开日期 | 2010-05-28 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/239]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_土壤环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王利红. 水稻砷代谢关键基因的表达调控和磷砷交互作用机制[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
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