镉低积累甘蓝型油菜的筛选及表达谱分析

Cadmium in the soil environment threats to food security, uptake and accumulation of Cd by crop is the main way of Cd spread into the food chain. Brassica napus is the most important oilseed and vegetable crops in China. This project aims to screen the cd-low-accumulation genotypes and explore the molecular mechanism of Cadmium tolerance and transfer block through analyst of cadmium accumulation characteristics and expression profille. The typical Cadmium-low-accumulation genotype in Brassica napus is verified according to cadmium pollution-safe cultivars standards(PSCs); differential expression of genes are detected by comparison of the expression profiles of PSCs genotype and the hyper-accumulator plants Indian mustard unde cadimium stress; envolving the soil environment factors , the key genes involved in Cd low accumulation are explored by bioinformatics.This study is important for cultivation low accumulation Cd of rape gene type provides related theoretical basis to genetic breeding.

土壤环境中的镉污染危及食品安全，农作物对镉的吸收和积累是其进入食物链的主要方式。甘蓝型油菜是我国最重要的油料和蔬菜作物，本项目拟通过对油菜中镉的积累特性研究，筛选镉低积累品种，利用表达谱分析技术进行镉耐受及转运阻滞的分子机理初探。依据筛选重金属污染安全种植品种（PSCs）的标准，从甘蓝型油菜中筛选并确认典型的镉低积累油菜品种；以此为材料,对比分析低积累油菜与超积累植物印度芥菜镉胁迫下差异表达的基因，结合土壤环境因子效应，通过生物信息学手段筛选镉低积累调控关键基因。本研究结果为培育低积累镉的油菜品种提供相关的遗传资源和理论依据，对镉污染土壤的安全生产具有一定指导意义。

镉污染是目前中国污染最严重且污染面积最大的重金属，农田环境中的镉污染危及食品安全和人体健康，农作物对镉的吸收和积累是其进入食物链的主要方式。在重金属镉污染的农田土壤上, 通过种植低吸收、低积累镉的作物品种来达到降低农产品中镉含量, 生产符合食品安全标准的农产品更有实际应用价值。. 甘蓝型油菜是我国最重要的油料和蔬菜作物，本项目选取我国甘蓝型油菜主产区35个主推品种，通过水培、盆栽及大田试验，构建低积累油菜基因型筛选系统，通过研究油菜植株、根、茎、叶、果夹和籽粒等各部位镉的含量、转运和富集能力，分析不同基因型油菜各器官对镉吸收、转运、积累和耐受镉差异，筛选出1个镉低积累甘蓝型油菜-9508×7789和禾盛油555以及2个镉吸收积累能力较强的品种阳光198和华油杂13号；利用转录组测序技术结合生物信息学手段以筛选出禾盛油555和阳光198为材料，比较镉处理和对照组镉胁迫下的差异基因表达情况，通过对上调和下调差异基因的聚类分析、功能分类富集分析和代谢通路富集分析，结果显示，上调的差异基因主要集中在氧化胁迫相关的氧化磷酸化调控，谷氨酰胺、丙氨酸、甲硫氨酸和天冬氨酸等氨基酸代谢，ABC离子转运通道蛋白家族，硫酸盐转运蛋白，葡聚糖和几丁质等多糖合成相关酶和双向糖转运蛋白等功能和代谢通路上，而表达下调的基因中差异最显著的基因主要是与赤霉素和乙烯等激素调控有关的转录因子和调控蛋白、铁蛋白、铁氧化还原蛋白以及一些以铜锌为辅基的超氧化物歧化酶等分子代谢过程的功能蛋白；最后，根据转录组分析结果推测了镉耐受及吸收转运阻滞的分子调控机制，挖掘出甘蓝型油菜镉吸收和转运调控基因264个。. 本项目研究结果对明确植物对镉耐性和积累机制有一定的理论价值，将为培育重金属低积累、高耐性、生长量大的作物品种提供重要的遗传基础和理论依据，也是提高污染土壤的生产力和保证农产品安全生产的有效途径。