神农香菊R2R3-MYB转录因子CiMYB4在镉胁迫中的功能分析

doi:10.11686/cyxb2023236

摘要/Abstract

摘要：

为探究CiMYB4在镉胁迫下的功能，以课题组已获得的过表达CiMYB4烟草（CiMYB4-S）、野菊（CiMYB4-OE）和抑制表达野菊（CiMYB4-Ri）为材料，在镉胁迫条件下分别测定其生长相关指标、抗氧化酶活性、光合指标、地上部及根系的镉含量，并对耐镉相关基因PCS1、GSH1、ABCC1、HMA3的表达模式进行分析。研究结果表明：镉处理后，CiMYB4-S和CiMYB4-OE株系的根长、茎粗、株高和叶长、叶宽显著大于野生型对照（WT）株系，丙二醛（MDA）含量显著降低，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性显著增强，叶片的光合能力和叶绿素含量显著增加，具有更强的镉富集和转运能力。同时，耐镉相关基因PCS1、GSH1、HMA3的表达水平显著提高；而CiMYB4-Ri株系的株高、地上部干重显著小于WT株系，MDA含量显著增加，SOD、POD、CAT活性显著降低，叶片的光合能力和叶绿素含量显著降低，镉富集和转运能力减弱。同时，耐镉相关基因PCS1、GSH1、HMA3的表达水平显著降低。上述结果表明CiMYB4能提高烟草和野菊对镉的耐受性。

关键词: 神农香菊, CiMYB4, 转基因烟草, 转基因野菊, 镉胁迫

Abstract:

The aim of this study was to explore the role of CiMYB4 in the response to cadmium stress. In hydroponic experiments， wild-type （WT） plants and CiMYB4-overexpressing tobacco （Nicotiana tabacum）（CiMYB4-S） and chrysanthemum （Chrysanthemum indicum）（CiMYB4-OE） as well as chrysanthemum with RNAi-silenced CiMYB4 （CiMYB4-Ri） were subjected to cadmium treatments. Growth-related indexes， antioxidant enzyme activities， photosynthetic indexes， cadmium contents in above-ground and roots， and the transcript levels of cadmium tolerance-related genes （PCS1， GSH1， ABCC1， and HMA3） were determined.After cadmium treatments， compared with WT， CiMYB4-S and CiMYB4-OE showed significantly greater root length， stem diameter， plant height， leaf length， and leaf width； showed lower malondialdehyde content and higher superoxide dismutase activity， peroxidase activity， and catalase activity， higher values for photosynthetic parameters； and showed significantly increased chlorophyll content， stronger cadmium enrichment and transport， and significantly higher transcript levels of PCS1， GSH1， and HMA3. In contrast， compared with WT， CiMYB4-Ri had significantly lower plant height and above-ground dry weight； higher malondialdehyde content， lower superoxide dismutase， peroxidase， and catalase activities， lower photosynthetic parameter values； significantly lower chlorophyll content； reduced cadmium enrichment and transport ability； and significantly lower transcript levels of PCS1， GSH1， and HMA3. These results indicate that CiMYB4 is involved in the response to cadmium stress， and its overexpression in transgenic tobacco and chrysanthemum can significantly improve their cadmium tolerance.

Key words: Chrysanthemum indicum var. aromaticum, CiMYB4, transgenic tobacco, transgenic Chrysanthemum indicum, cadmium stress

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图/表 15

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引物名称Primer name	正向引物序列Forward primer sequence （5′→3′）	反向引物序列Reverse primer sequence （5′→3′）
NtPCS1	TGGTCTTGAATGCCCTTGC	GAGGCTCACAACAGTCCAACA
NtGSH1	TGGGTTTGAGCAGTATGTGG	GCTGGTTGGCACCTTATTC
NtABCC1	GCTTGATGCTGGACAGGTTG	TAAATACTGGGCATTTGCGGC
NtHMA3	AGGGCAAGTCACAAGGCTAC	CAGCCCAGACCGTTGAATCT
HSC70-1	AGGTGGAGACATGGGTGGTG	TCATTAGGCACACAGATCTCTG
CiPCS1	TTTGGGAAGGTTGTGTGCCT	CCCTGCCAGCATGATAACCA
CiGSH1	CCAGCCAAAATGGGAACGGA	GCAAACAGTGCCGTAGCAAT
CiABCC1	TCGTCTAAGTGGCTATGCGG	AAGGCCACAAACCTCCCAAA
CiHMA3	TCGTCTAAGTGGCTATGCGG	AAGGCCACAAACCTCCCAAA
EF1a	TTTTGGTATCTGGTCCTGGAG	CCATTCAAGCGACAGACTCA

引物名称Primer name	正向引物序列Forward primer sequence （5′→3′）	反向引物序列Reverse primer sequence （5′→3′）
NtPCS1	TGGTCTTGAATGCCCTTGC	GAGGCTCACAACAGTCCAACA
NtGSH1	TGGGTTTGAGCAGTATGTGG	GCTGGTTGGCACCTTATTC
NtABCC1	GCTTGATGCTGGACAGGTTG	TAAATACTGGGCATTTGCGGC
NtHMA3	AGGGCAAGTCACAAGGCTAC	CAGCCCAGACCGTTGAATCT
HSC70-1	AGGTGGAGACATGGGTGGTG	TCATTAGGCACACAGATCTCTG
CiPCS1	TTTGGGAAGGTTGTGTGCCT	CCCTGCCAGCATGATAACCA
CiGSH1	CCAGCCAAAATGGGAACGGA	GCAAACAGTGCCGTAGCAAT
CiABCC1	TCGTCTAAGTGGCTATGCGG	AAGGCCACAAACCTCCCAAA
CiHMA3	TCGTCTAAGTGGCTATGCGG	AAGGCCACAAACCTCCCAAA
EF1a	TTTTGGTATCTGGTCCTGGAG	CCATTCAAGCGACAGACTCA

项目 Item	株系 Strain	株高 Plant height （cm）	根长 Root length （cm）	茎粗 Stem diameter （cm）	叶长 Leaf length （cm）	叶宽 Leaf width （cm）	干重Dry weight （g·plant^-1）
项目 Item	株系 Strain	株高 Plant height （cm）	根长 Root length （cm）	茎粗 Stem diameter （cm）	叶长 Leaf length （cm）	叶宽 Leaf width （cm）	地上部Above-ground	根Root
对照组 Control	WT₁	10.24±0.41a	5.50±0.18a	0.37±0.06a	8.83±0.65a	4.57±0.11a	0.87±0.16a	0.21±0.02a
	S₁	10.09±0.25a	5.51±0.27a	0.39±0.03a	9.03±0.85a	4.60±0.15a	0.85±0.12a	0.20±0.06a
	S₂	10.75±0.59a	5.92±0.64a	0.40±0.03a	8.97±0.32a	4.63±0.27a	0.87±0.08a	0.18±0.03a
	S₃	10.32±0.56a	5.51±0.40a	0.38±0.02a	8.94±0.68a	4.45±0.12a	0.86±0.23a	0.19±0.02a
处理组 Treatment	WT₁	9.25±0.26b	4.62±0.25c	0.33±0.04b	7.85±1.05b	3.65±0.14b	0.75±0.14b	0.14±0.02a
	S₁	9.80±0.30ab	5.10±0.53b	0.37±0.02a	8.48±0.57a	4.14±0.17a	0.81±0.08ab	0.15±0.04a
	S₂	10.24±0.42a	5.59±0.22a	0.39±0.05a	8.54±0.49a	4.28±0.30a	0.83±0.15ab	0.17±0.02a
	S₃	9.83±0.50ab	5.11±0.32b	0.38±0.02a	8.62±0.82a	3.97±0.15a	0.83±0.09a	0.16±0.05a

项目 Item	株系 Strain	株高 Plant height （cm）	根长 Root length （cm）	茎粗 Stem diameter （cm）	叶长 Leaf length （cm）	叶宽 Leaf width （cm）	干重Dry weight （g·plant^-1）
项目 Item	株系 Strain	株高 Plant height （cm）	根长 Root length （cm）	茎粗 Stem diameter （cm）	叶长 Leaf length （cm）	叶宽 Leaf width （cm）	地上部Above-ground	根Root
对照组 Control	WT₁	10.24±0.41a	5.50±0.18a	0.37±0.06a	8.83±0.65a	4.57±0.11a	0.87±0.16a	0.21±0.02a
	S₁	10.09±0.25a	5.51±0.27a	0.39±0.03a	9.03±0.85a	4.60±0.15a	0.85±0.12a	0.20±0.06a
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处理组 Treatment	WT₁	9.25±0.26b	4.62±0.25c	0.33±0.04b	7.85±1.05b	3.65±0.14b	0.75±0.14b	0.14±0.02a
	S₁	9.80±0.30ab	5.10±0.53b	0.37±0.02a	8.48±0.57a	4.14±0.17a	0.81±0.08ab	0.15±0.04a
	S₂	10.24±0.42a	5.59±0.22a	0.39±0.05a	8.54±0.49a	4.28±0.30a	0.83±0.15ab	0.17±0.02a
	S₃	9.83±0.50ab	5.11±0.32b	0.38±0.02a	8.62±0.82a	3.97±0.15a	0.83±0.09a	0.16±0.05a

株系 Strain	根系镉含量 Cd²⁺ content in the root （mg·kg^-1）	地上部镉含量 Cd²⁺ content in the shoot （mg·kg^-1）	根系富集系数 Bioconcentration factor of the root	地上部富集系数 Bioconcentration factor of the shoot	转运系数 Translocation factor
WT₁	33.05±2.28b	45.55±3.41c	1.65±0.11c	2.28±0.17b	1.38±0.02b
S₁	67.85±4.85a	112.86±3.28a	3.39±0.24b	5.64±0.16b	1.64±0.10a
S₂	73.95±7.60a	122.73±5.91a	3.70±0.38a	6.14±0.30a	1.66±0.11a
S₃	60.14±3.60a	96.86±5.86b	3.01±0.18c	4.84±0.29a	1.61±0.01b