本项基因工程创新揭示了大肠杆菌EcPAPR基因在增强生物对砷的耐受性方面的潜力。研究发现,EcPAPR基因能显著提升玉米幼苗的谷胱甘肽水平,进而增强其对砷的耐受力。此外,该基因在大肠杆菌和拟南芥中的过表达同样提高了这两种生物对砷的耐受性,证实了EcPAPR基因在提升生物砷耐受性方面的应用价值。
背景技术
硫是植物生长和发育的关键营养素,也是所有植物生长和发育的关键营养素。在植物对生物的防御反应以及非生物胁迫中起着核心作用,是植物发起防御行动的多功能平台。它是氨基酸半胱氨酸和蛋氨酸的组成部分,辅因子、金属簇和各种初级和次级代谢产物,如谷胱甘肽、植物螯合素和硫代葡萄糖甙,保护植物免受氧化和环境压力。硫可以通过调节叶片中氨基酸和硫醇代谢减少砷积累,从而减轻砷中毒反应。
硫被吸收后还原为半胱氨酸、甲硫氨酸和半胱氨酸,主要分为SO4
2-
还原成S2-
,S2-
和OAS一起合成半胱氨酸这两步。首先SO4
2-
在进入植物体内后被ATP硫酸化酶(ATPS)激活将ATP转化为5’磷酸腺苷酸硫酸(APS),在5’磷酸腺苷酸硫酸还原酶(APR)催化下,APS被还原成亚硫酸盐(SO3
2-
)。APS也能被APS激酶(APK)磷酸化为3’磷酸腺苷酸5’磷酸化硫酸(PAPS),它为很多次生代谢中的硫化反应提供活性硫酸盐,并用于合成硫代葡萄糖苷,参与植物抗逆。可见PAPR和PAPS在植物抵抗非生物胁迫中起着关键作用。
在玉米中过量表达大肠杆菌PAPR基因(EcPAPR)提高了玉米硫还原水平,从而提高了叶片中半胱氨酸的合成,从而提高了下游甲硫氨酸和谷胱甘肽的含量。
实现思路