刚毛柽柳ThPCS1基因克隆与镉胁迫应答分析

王培龙，杨 妮，张傲然，唐努尔·塞力克，李 爽，高彩球

(林木遗传育种国家重点实验室(东北林业大学)，黑龙江 哈尔滨 150040)

重金属污染是威胁人类健康的主要问题之一。有毒重金属通常作为土壤成分存在，或者通过人类活动在环境中扩散。重金属镉(Cd)对土壤的污染危害有两个方面：一方面，镉影响作物的生命周期，从而降低作物产量；另一方面，镉一旦被吸收并积累到植物组织中，便进入食物链，进而使动物和人中毒。植物吸收是镉进入食物链的主要途径，会对人类健康造成严重影响[1]。

植物暴露于镉胁迫下可能会导致许多细胞生物学过程和结构发生变化。镉在植物中的积累会导致光合作用以及水分和养分的吸收减少，酶活性受到抑制，细胞转运过程遭到破坏，细胞氧化还原控制被破坏并影响植物根和茎的生长[2]。此外，镉的存在会干扰植物中过氧化氢(H2O2)的积累，并干扰涉及活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的信号转导途径。Cd2+在化学上与锌离子(Zn2+)非常相似，会阻碍锌指转录因子的活性，取代Zn2+，从而干扰基因转录过程[3]。通过类似的机制，Cd2+替代钙调蛋白中的Ca2+，引起细胞内钙水平的波动并改变钙依赖性信号的传导[4]。

镉被植物吸收后，通过金属转运体或钙通道转运到根中。在细胞内，镉优先通过与含硫的配体(例如金属硫蛋白、谷胱甘肽和植物络合素)结合而被解毒，并且配体-镉复合物会从敏感的细胞器和结构中被去除掉[5]。植物络合素(phytochelatins，PCs)是植物和一些非植物生物特有的金属结合肽，PCs的合成是通过植物络合素合酶(phytochelatin synthase，PCS)与有害元素如砷(As)和Cd的接触来诱导谷胱甘肽(glutathione，GSH)完成的[6]。……