基于比较转录组学分析菜用甘薯对重金属镉响应的分子机制.pdf

第 卷第期 年月江苏师范大学学报（自然科学版）（），收稿日期：基金项目：财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系资助项目（）作者简介：董鹏程，男，博士研究生，主要从事甘薯基因功能研究，：通信作者：陈亚华，男，教授，主要从事环境污染的生物修复研究，：文章编号：（）基于比较转录组学分析菜用甘薯对重金属镉响应的分子机制董鹏程，袁泽，刘晗，李建民，陈赞明，秦春，史良，陈亚华（南京农业大学 生命科学学院，江苏 南京 ）摘要：菜用甘薯由于其独特的食用部位，比其他甘薯品种具有更高的营养价值，日益严重的重金属镉（）污染问题使得菜用甘薯的安全生产面临挑战，而 在甘薯中积累和转运的分子机制仍然未知采用转录组测序技术研究福菜薯 号，总计获得 个单基因的转录本，并确定了可食用部位（茎和叶）在 胁迫下差异表达的基因（），其中 个在茎中差异表达，个在叶中差异表达京都基因和基因组百科全书（）富集分析表明，茎和叶中的 同时富集到种生物途径中，包括苯丙烷生物合成途径、淀粉和蔗糖代谢途径、植物 信号途径和氮代谢途径另外，被注释为金属转运蛋白的一类 可能参与甘薯对 的吸收和转运，实时荧光定量 结果表明，犐 犫 犃 犅 犆 犅 、犐 犫 犃 犅 犆 犉、犐 犫 犃 犅 犆 犌、犐 犫 犖犚 犃犕犘、犐 犫 犎 犐 犘 犘、犐 犫 犎 犐 犘 犘 、犐 犫 犢 犛 犔 等金属转运蛋白基因的表达受 诱导显著上调，其功能有待进一步研究确定这些发现将有助于进一步探明菜用甘薯中 积累的分子机制，并为其安全生产提供理论支持关键词：菜用甘薯；镉；转录组测序；富集分析；金属转运蛋白中图分类号：，文献标志码：犱 狅 犻：犜 犺 犲犿 狅 犾 犲 犮 狌 犾 犪 狉犿 犲 犮 犺 犪 狀 犻 狊 犿狑 犻 狋 犺犮 狅 犿 狆 犪 狉 犪 狋 犻 狏 犲 狋 狉 犪 狀 狊 犮 狉 犻 狆 狋 狅 犿 犻 犮犪 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 狀狋 犺 犲 狉 犲 狊 狆 狅 狀 狊 犲狅 犳 狏 犲 犵 犲 狋 犪 犫 犾 犲 狊 狑 犲 犲 狋 狆 狅 狋 犪 狋 狅 犲 狊 狋 狅犮 犪 犱 犿 犻 狌 犿 ，（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，（），犐 犫 犃 犅 犆 犅 ，犐 犫 犃 犅 犆 犉，犐 犫 犃 犅 犆 犌，犐 犫 犖犚 犃犕犘，犐 犫 犎 犐 犘 犘，犐 犫 犎 犐 犘 犘 ，犐 犫 犢 犛 犔 ，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；镉是一种对植物和动物都具有高度毒性的重金属，并在自然界中广泛存在作为一种非必需元素，可干扰植物对其他离子的吸收和转运，破坏核酸和蛋白质功能，增加活性氧（）的积累，并引起一系列可见的植物症状，如生物量减少、叶片褪绿、产量降低更严重的是，可以通过食物链进入人体，对人类健康造成潜在损害全国土壤和环境质量调查显示，中国约的农业土壤受到 污染，这对粮食作物的安全生产提出了挑战甘薯（犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊）是世界重要的经济作物，且中国是全球最大的甘薯生产、消费和出口国，产量占世界总产量的 以上其中，菜用甘薯以其幼嫩茎尖作为食用部位，在世界上颇受欢迎，它不仅营养丰富，而且具有很高的医疗保健效果曹清河等研究表明，菜用甘薯的叶片和茎尖中的蛋白质、膳食 纤维、钙和 铁的浓 度高 于 贮藏 根 中的 浓度然而，日益严重的重金属污染问题增加了菜用甘薯的食用风险福菜薯 号是一种常见的菜用甘薯品种，其地上部 浓度与 暴露水平呈正相关为避免 污染土壤中种植的菜用甘薯出现 积累超标等潜在问题，有必要了解菜用薯对 的吸收和转运机制近年来，水稻、拟南芥等模式植物对 吸收和转运的分子机制已被广泛报道多个基因家族的成员参与了植物对 的吸收、转运和积累过程，包括型 酶、结 合 盒（）转 运 蛋白 、多药和有毒化合物外排转运蛋 白（）、天 然 抗 性 相 关 巨 噬 细 胞 蛋 白（）、交 换 反 转 运 蛋 白（）、锌 调 节 转 运 蛋 白 和 铁 调 节 转 运 蛋 白（）、寡肽转运蛋白（）、低亲和力阳离子转运蛋白（）、重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）等，其中大多数已鉴定的转运蛋白定位于细胞质膜或液泡膜上，调节细胞间离子转运和细胞内离子稳态通过转录组测序，已经发现了植物中参与 响 应、运 输 和 解 毒 等 过 程 的 重 要 蛋 白 质 或 基因 等发现，金属离子转运蛋白基因的表达水平与 浓度相关，这表明 有潜力通过分析 暴露下的差异表达基因来寻找新的 转运相关蛋白基因 等通过转录组测序分析发现了一些 转运蛋白参 与 的运 输 和解毒 等通过全基因组范围的转录组分析鉴定了拟南芥的 响应基因，并发现 亚家族的个成员（犃 狋 犕犚 犘、犃 狋 犕犚 犘、犃 狋 犕犚 犘、犃 狋 犕犚 犘 和犃 狋 犕犚 犘 ）在 根 中 受 诱 导 表 达 上调 目前，相关研究大多集中在模式植物，如拟南芥、水稻等，或少数超积累植物，如东南景天、天蓝遏蓝菜、龙葵等，其中天蓝遏蓝菜地上部 质量分数可达 关于甘薯中 转运的分子机制的报道很少本研究采用 测序技术对 处理下菜用甘薯食用部位茎和叶进行转录组测序，通过差异表达基因分析和代谢通路富集分析，挖掘参与 吸收转运及 胁迫响应的相关基因，揭示菜用甘薯对 响应的分子机制，为其安全生产提供理论依据材料与方法 植物材料与犆 犱处理本试验所用甘薯品种福菜薯 号由福建省农业科学院作物研究所选育（泉薯 泰农，品种权号：）在南京农业大学人工冷 光 源 光 照 培 养 箱 中 水 培 培 养，相 对 温 度 为（），相对湿度为，光周期为 经过 营养液培养个月后，用 溶液涂抹最大的一片成熟叶，腹面和背面每涂抹次，共次，对照组在相同时间点涂抹去离子水处理 后收集处理叶的直上上位叶和两片叶 之 间 的 茎 段，然 后 立 即 在 液 氮 中 冷 冻 并 在 储存，再进行 测序和 验证每个样品次重复，处理组样品叶和茎分别记为叶（）、茎（），对照样品分别记为叶（）、茎（）犚 犖 犃提取、反转录与转录组测序按照制造商的程序使用 试剂（，美国加利福尼亚州）提取总 使用 和 试 剂 盒（，）分析总 数量和纯度，约 总 用聚寡聚吸附磁珠（）分离得到多聚的 纯化后，在高温下使用二价阳离子将 片段化将裂解的 片段反转录，根据 文库制备试剂盒（，美国圣地亚哥）的方案创建最终的 文库，配对端文库的平均插入片段大小为（）按照供应商推荐的方案（，）在 上进行末端测序 转录组组装与功能注释 文库使用 序列平台进行测序使用 末端配对的 测序方法对转录组进行测序，产生百万个碱基读长的配对末端在组装之前，删除了低质量的读段（包括含有接头的片段以及含超过无法确定碱基信息的片段）原始序 列 数 据 已 提 交 数 据 库 存 档，入 藏 号（）我们使用 包将读段与犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪 犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊参考基因组（：？）对齐，该包最初根据每次读取附带江苏师范大学学报（自然科学版）第 卷的质量信息删除部分读数，然后将读数映射到参考基因组 转录本丰度统计与差异表达分析每个样本的映射读数使用 组装，然后使用 脚本对来自样本的所有转录组重建综合转录组生成最终转录组后，使用 和 评估所有转录本的表达水平 用于通过计算 来表征 的表达水平通过包选择具有 犉或 犉和具有统计学意义（犘 ）的差异表达 和基因 基因本体（犌 犗）及京都基因和基因组百科全书（犓 犈 犌 犌）富集分析 是 在 公 共 数 据 库（：）中解码的基因组基因组信息存储在基因数据库中，包括完整和部分测序的基因组序列 提供了丰富的序列信息，包含碳水化合物，核苷 和氨 基酸的代 谢，有机 化 合物 的 生物 降解 等基因组信息主要从 等数据库中获取通路显著性富集分析以 通路为单元，超几何测试用于鉴定与整体基因组背景相比差异表达基因显著富集的通路 是基因功能分类的国际标准 化 系统（：）通 过 富集分析描述基因和基因产物的特性 使用狇 犚 犜 犘 犆 犚验证差异基因表达水平植物培养方法与转录组测序相同（见）使用实时荧光定量 （）验证 鉴定的几种单基因的表达水平每个样品中约的总 通过逆转录酶逆转录基于单基因序列设计基因特异性引物（表）犐 犫 犃 犮 狋 犻 狀基因作为内参基因去除样品本底表达的干扰，每个基因的表达在次独立的 反应中进行测定结果与分析 福菜薯 号转录组的犚 犖 犃测序和从头组装处理组和对照组的植物样品经过 提取、反转录后构建了 文库，经质量控制（）合格后，通过 进行了末端配对测序，并生成超过 个长度为 的配对端原始读段有效读段中超过 的碱基犙值（错误概率为）不同样品的 含量一致，均为 然后，通过 软件将有效读取数据从头组装，共生成 个单基因其中，个单基因（）的长度短于 ，个单基因（）的长度区间为 ，），个单基因（）的长度区间为 ，个单基因（）的长度超过 ，单基因的平均长度为 这些结果表明测序数据可靠，可以进行深度分析表狇 犚 犜 犘 犆 犚所用的引物犜 犪 犫 犘 狉 犻 犿 犲 狉 狊狌 狊 犲 犱 犻 狀狇 犚 犜 犘 犆 犚引物名称序列（）基因注释与参考基因组比对统计所有组装的单基因均通过、基因组中心（：）、和 数据库进行搜索在数据库中，的单基因与犐 狆 狅 犿 犲 狅 犪狀 犻 犾具有同源性，显示出与犞 犻 狋 犻 狊狏 犻 狀 犻 犳 犲 狉 犪同源，只有 显示出与犐 狆 狅 犿 犲 狅 犪 犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊同源，显示出与犐 狆 狅 犿 犲 狅 犪 狋 狉 犻 犳 犻 犱 犪同源在 数据库（：？）中对犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊单基因的注释信息宏观统计显示，条染色体中有 个单基因（）及 个转录本（）（平均），其中 个 基 因 被 注 释，个 基 因 被 注释通过 将有效的测序数据与参考基因组进行比对，并根据基因组注释文件（）指定的基因位置信息进行计数结果表明，超过 的有效读段可以映射到参考基因组，的映射读段位于外显子中（表）第期董鹏程，等：基于比较转录组学分析菜用甘薯对重金属镉响应的分子机制表参考基因组的比对统计及通过参考基因组比对映射读段的分布犜 犪 犫 犚 犲 犳 犲 狉 犲 狀 犮 犲犵 犲 狀 狅 犿 犲犿 犪 狆 狆 犻 狀 犵 狊 狋 犪 狋 犻 狊 狋 犻 犮 狊犪 狀 犱犱 犻 狊 狋 狉 犻 犫 狌 狋 犻 狅 狀狅 犳犿 犪 狆 狆 犲 犱狉 犲 犪 犱 狊犫 狔狉 犲 犳 犲 狉 犲 狀 犮 犲犵 犲 狀 狅 犿 犲犪 犾 犻 犵 狀 犿 犲 狀 狋样品名称比对到参考基因组的读数占比唯一位置多个位置合计双端测序比对到参考基因组的读数占比整段比对到外显子的读数占比通过参考基因组比对映射读段的分布外显子占比内含子占比间隔区占比叶（）叶（）叶（）茎（）茎（）茎（）叶（）叶（）叶（）茎（）茎（）茎（）镉处理后福菜薯 号叶片和茎中的犇 犈 犌 狊统计 叶（）与叶（）及茎（）与茎（）相比 的调控差异 的 图图 福菜薯 号叶片与茎处理组与对照组相比犇 犈 犌 狊的数量犉 犻 犵 犖 狌 犿 犫 犲 狉狅 犳犇 犈 犌 狊 犻 狀狋 犺 犲 犾 犲 犪 犳犪 狀 犱狊 狋 犲 犿狅 犳犉 狌 犮 犪 犻 狊 犺 狌 犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀狋 犺 犲 狋 狉 犲 犪 狋 犿 犲 狀 狋 犵 狉 狅 狌 狆犪 狀 犱狋 犺 犲犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾 犵 狉 狅 狌 狆通过比较每千个碱基的转录每百万映射片段（）值，确定处理组和对照组之间的 同时，还比较了不同组织间的 ，由此分析不同组织之间的 和参与 响应的 （图）由图 知，对照组的茎与叶相比，有 个基因差异表达，经过 处理后，处理组的茎与叶相比，该数值减少到 个，其中有 个与对照组相同的 对于 响应 ，处理后叶片中差异表达 个基因，包括 个表达下调，个表达上调；在茎中鉴定出 个 响应 ，包括 个下调基因和 个上调基因（图、）茎和叶中共有 个相同的基因受 诱导差异表达（图）有趣的是，我们发现，只有 个 在 茎 和 叶 中 同 时 被 下 调，个 在茎和叶中同时被上调这意味着叶片和茎中有 个 经 诱导后向相反的方向差异表达 犇 犈 犌 狊的犌 犗和犓 犈 犌 犌富集分析结果为了确定 所 代 表的 主要 功 能 类别，对 进行聚类和 通路分析根据序列相似性，分为类：生物过程，细胞组分和分子功能（图）“细胞核”和“质膜”是叶片中最富集的项（图），“膜的整体组成”在茎中最富集（图），它们都属于细胞组分然后，将 映射到 数据库，以进一步确定对 响应所涉及的可能代谢途径选择叶（）与叶（）、茎（）与茎（）相比，的前 个富集 途径，如图所示，其中种在茎和叶中均显著富集，分别被命名为“苯丙烷生物合成途径”“淀粉和蔗糖代谢途径”“植物 信号途径”“氮代谢途径”总体而言，叶中的 可聚类到 个 途径，其中 个显著富集（犘 ），而茎中的 聚类到 个 途径中，只有 个显著富集 福菜薯 号中参与犆 犱转运的基因推测根 据 富 集 到项“金 属 离 子 转 运”（：）、“金 属 离 子 跨 膜 转 运 蛋 白 活 性”（：）和“金属离子结合”（：）的 ，可以筛选推定基因作为候选基因，为了解菜用甘薯中 转运的分子机制提供参考福菜薯 号茎中 个 富集到：，个富集到：；叶 片 中 个 富 集 到：，个富集到：，个 富 集江苏师范大学学报（自然科学版）第 卷 叶（）与叶（）相比 茎（）与茎（）相比图转录组中叶（犪）和茎（犫）犇 犈 犌 狊的犌 犗分类犉 犻 犵 犌 犗犮 犾 犪 狊 狊 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳 狋 犺 犲犇 犈 犌 狊 犻 狀犾 犲 犪 犳（犪）犪 狀 犱狊 狋 犲 犿（犫）图叶（犪）和茎（犫）中犇 犈 犌 狊的前 条富集的犓 犈 犌 犌通路犉 犻 犵 犜 犺 犲 狋 狅 狆 犲 狀 狉 犻 犮 犺 犲 犱犓 犈 犌 犌狆 犪 狋 犺 狑 犪 狔 狊狅 犳 狋 犺 犲犇 犈 犌 狊 犻 狀犾 犲 犪 犳（犪）犪 狀 犱狊 狋 犲 犿（犫）第期董鹏程，等：基于比较转录组学分析菜用甘薯对重金属镉响应的分子机制到：其中大多数被注释为重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）基因，并受 诱导表达显著上调（表）除此之外，铁和锌相关的转运蛋白基因也值得关注，因为这些金属作为二价金属阳离子与 有相似之处茎和叶中分别有和个 富集到铁离子结合和跨膜转运通路，分别有 个和 个 富集到锌离子结合和跨膜转运通路表犆 犱处理后福菜薯 号茎和叶中富集到犌 犗项中“金属离子转运”的犇 犈 犌 狊犜 犪 犫 犇 犈 犌 狊 犲 狀 狉 犻 犮 犺 犲 犱 犻 狀犌 犗狋 犲 狉 犿犪 狊 犿 犲 狋 犪 犾 犻 狅 狀狋 狉 犪 狀 狊 狆 狅 狉 狋 犻 狀 犾 犲 犪 狏 犲 狊犪 狀 犱狊 狋 犲 犿 狊狅 犳犉 狌 犮 犪 犻 狊 犺 狌 犻 狀犆 犱狋 狉 犲 犪 狋 犿 犲 狀 狋 犪 犵 犪 犻 狀 狊 狋 犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾基因 注释 犉犘值比较组 重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）未知蛋白 茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）茎（）与茎（）叶（）与叶（）注：表示差异不显著 狇 犚 犜 犘 犆 犚验证为了验证 测序结果的可靠性，选择个重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）基因（犐 犫 犎 犐 犘 犘，；犐 犫 犎 犐 犘 犘 ，；犐 犫 犎 犐 犘 犘 ，），个 重 金 属 酶 基 因（犐 犫 犎犕犃，），个 结合盒（）转运蛋白家族基因（犐 犫 犃 犅 犆，；犐 犫 犃 犅 犆 犅 ，；犐 犫 犃 犅 犆 犅 ，；犐 犫 犃 犅 犆 犉，；犐 犫 犃 犅 犆 犌，），个 天 然 耐 药 相 关 巨 噬 细 胞 蛋 白（）家族基因（犐 犫 犖犚 犃犕犘，）和个黄色条纹样（）蛋白家族基因（犐 犫 犢 犛 犔，）进行 验证如图所示，这些候选基因在福菜薯 号叶片和茎中受到 处理的影响差异表达其中，犐 犫 犃 犅 犆、犐 犫 犃 犅 犆 犉 和 家族成员江苏师范大学学报（自然科学版）第 卷犐 犫 犎 犐 犘 犘、犐 犫 犎 犐 犘 犘 和犐 犫 犎 犐 犘 犘 在叶片和茎中的表达大多显著上调，而犐 犫 犎犕犃 和犐 犫 犢 犛 犔 在叶片中的表达显著下调除犐 犫 犃 犅 犆 犅 和犐 犫 犃 犅 犆 犌 外，其余个基因的 结果（）与转录组测序结果（）基本一致 转录组测序结果 结果犐 犫 犃 犮 狋 犻 狀 被用作内部对照、分别用犉值和 犆狋计算所选基因的相对 水平叶片和茎对照表达量分别设置为图 犿 狅 犾犔犆 犱 犆 犾处理组与对照组之间 个金属离子转运蛋白基因在转录组测序（犪）和狇 犚 犜 犘 犆 犚（犫）中的相对表达量犉 犻 犵 犚 犲 犾 犪 狋 犻 狏 犲 犲 狓 狆 狉 犲 狊 狊 犻 狅 狀狅 犳 犿 犲 狋 犪 犾 犻 狅 狀狋 狉 犪 狀 狊 狆 狅 狉 狋 犲 狉犵 犲 狀 犲 狊狇 狌 犪 狀 狋 犻 犳 犻 犲 犱犫 狔犚 犖 犃 狊 犲 狇（犪）犪 狀 犱狇 犚 犜 犘 犆 犚（犫）犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾 犵 狉 狅 狌 狆犪 狀 犱 犿 狅 犾犔犆 犱 犆 犾狋 狉 犲 犪 狋 犿 犲 狀 狋 犵 狉 狅 狌 狆讨论与结论作为主食作物和饲料，甘薯的产量和质量一直备受关注，而高度的杂合性和自交不亲和性使得传统的杂交育种方法受到限制因此，利用基因工程提高甘薯的产量和品质是大势所趋随着下一代测序（）技术的发展，基因发掘、转录组注释、模式和非模式物种的标记鉴定已经通过从头组装逐步实现 虽然甘薯染色体数量多，遗传背景复杂，但转录组测序为研究者提供了丰富的甘薯功能基因序列信息 借助先前上传到生物信息学数据库的结果对测序数据进行有效的注释，可以初步了解基因的功能和定位 等通过高通量 测序及突变型和野生型“宁紫薯号”转录组的比较分析来研究花青素代谢机制，共获得 个单基因，长度范围为 ，平均长度为 ，他们获得的单基因数量多于本研究中获得的转录本单基因数，但平均读长较短；等通过杂交群体的全长转录组对比分析，揭示了甘薯花青素生物合成的调控机制；等通过比较转录组分析发现甘薯中与淀粉生物合成相关的一系列基因，其中徐树 号、徐 和 徐 薯 号 转 录 本 分 别 组 装 成 、个 单 基 因，平 均 长 度 分 别 为 、和 近几十年来，对甘薯基因功能的研究大多集中在淀粉 合成、花 青 素 合 成、抗 病、抗 旱、抗 盐 等 方面 由于 在薯肉中的积累量低，对 在甘薯中吸收、转运和再分配的分子机制研究较少，相关基因功能的研究也鲜有报道同时，随着菜用甘薯市场份额的不断扩大，作物育种者越来越重视菜用甘薯的栽培品质 本研究提供了菜用甘薯响应 胁迫的首个转录组测序数据，为鉴定与 转运相关基因提供了有力的依据富集到金属离子转运蛋白通路中的差异表达基因中，上调的基因显著多于下调基因，这些差异表达基因很可能在 吸收、转运和解毒方面具有重要的生物学功能 主要通过转运蛋白和离子通道进入细胞，这些转运蛋白离子通道对、和 等二价金属阳离子具有一定的特异性，如锌铁蛋白（）家族、天然抗性巨噬细胞蛋白（）家族和黄色条纹蛋白（）家族等 转运蛋白（）是一类普遍存在于原核生物和真核生物中的跨膜转运蛋白，拟南芥和水稻的 蛋白不仅可以螯合重金属，起到解毒作用，同时还可以运输 ，调节细胞内生长素的动态平衡 本研究发现的犐 犫 犃 犅 犆、犐 犫 犃 犅 犆 犅 、犐 犫 犃 犅 犆 犉 等 转运蛋白基因受 诱导上调表达，由于 转运蛋白转运底物和功能的多样性，这几个蛋白是否能够直接参与 的吸收和转运尚不能确定，仍需进一步研究验证其生物学功能本研究重点关注了几个重金属相关异戊二烯化植物蛋白（）基 因 受 诱 导 的 表 达 模 式，如犐 犫 犎 犐 犘 犘、犐 犫 犎 犐 犘 犘 和犐 犫 犎 犐 犘 犘 是一类植物特有的金属伴侣蛋白，其特征在于拥有个异戊 二 烯 基 序 和个 重 金 属 结 合 结 构 域犃 狋 犎 犐 犘 犘 、犃 狋 犎 犐 犘 犘 、犃 狋 犎 犐 犘 犘 和犃 狋 犎 犐 犘 犘 在酵第期董鹏程，等：基于比较转录组学分析菜用甘薯对重金属镉响应的分子机制母中的表达加强了 敏感菌株狔 犮 犳 的 抗性犃 狋 犺 犻 狆 狆 、犃 狋 犺 犻 狆 狆 、犃 狋 犺 犻 狆 狆 三重突变体与野生型相比，对 更敏感，且使植株鲜质量明显降低 犃 狋 犎 犐 犘 犘 、犃 狋 犎 犐 犘 犘 受 转录因子调控，表达上调可以降低 积累 可以结合 以及其他金属离子，提高拟南芥对 的耐受性 过表达犎 犐 犘 犘 犞的小麦表现出增强的 耐受性 到目前为止，已在拟南芥中鉴定出 个 基因，在水稻中鉴定出 个 基因，在毛果杨中鉴定出 个 基因，在狗尾草中鉴定出 个 基因，在卷柏中鉴定出个 基因，然而，只有很少一部分 基因得到了功能研究，且尚未发现甘薯 基因功能相关的报道基于本研究观察到的 诱导的转录本变化，未来将对 转运相关候选基因和代谢途径进行进一步的生物信息学分析和功能验证，揭示与菜用甘薯食用部位 积累和转运相关的分子机制，为创制 低积累的甘薯品种和甘薯在 污染地的安全生产提供理论支持参考文献：，：，（）：，：，：，（）：，（）：，（，），：，（）：曹清河，刘义峰，李强，等菜用甘薯国内外研究现状及展望中国蔬菜，（）：温国灿不同甘薯品种对土壤重金属镉转移富集规律研究福建农业科技，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：吕泽玉，王文静，赵明明，等拟南芥 转运蛋白 参与镉离子的胞内运输复旦学报（自然科学版），（）：，（）：，（）：，（）：，：，（犗 狉 狔 狕 犪 狊 犪 狋 犻 狏 犪），：，犃 狉 犪 犫 犻 犱 狅 狆 狊 犻 狊 犺 犪 犾 犾 犲 狉 犻 ，（）：，（）：，（）：，（）：，：，江苏师范大学学报（自然科学版）第 卷 ，：，犅 狉 犪 狊 狊 犻 犮 犪犮 犪 犿 狆 犲 狊 狋 狉 犻 狊 ，（）：，犃 狋 犺 狔 狉 犻 狌 犿狔 狅 犽 狅 狊 犮 犲 狀 狊 犲 ，（）：，犃 狉 犪 犫 犻 犱 狅 狆 狊 犻 狊 ，（）：，犜 犺 犾 犪 狊 狆 犻 犮 犪 犲 狉 狌 犾 犲 狊 犮 犲 狀 狊 ，（）：，：，（）：，（）：，（犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊），（）：，（）：，（犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪 犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊），（）：，（犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊（），（）：，犃 狉 犪 犫 犻 犱 狅 狆 狊 犻 狊 ，（）：，犐 犫 犅 犜，犃 狉 犪 犫 犻 犱 狅 狆 狊 犻 狊 ，：，犉 狌 狊 犪 狉 犻 狌 犿 ，（）：，（犐 狆 狅 犿 狅 犲 犪 犫 犪 狋 犪 狋 犪 狊），：，（）：杨汉，黄志谋，刘伟，等中国菜用甘薯开发利用现状与展望湖北农业科学，（）：，：，（）：，犃 狉 犪 犫 犻 犱 狅 狆 狊 犻 狊 ，（）：，（）：，（）：，犃 狉 犪 犫 犻 犱 狅 狆 狊 犻 狊 狋 犺 犪 犾 犻 犪 狀 犪 ，（）：，（）：，（）：，（）犜 狉 犻 狋 犻 犮 犲 犪 犲 ，（）：责任编辑：史成娣第期董鹏程，等：基于比较转录组学分析菜用甘薯对重金属镉响应的分子机制