构树转录因子BpbZIP1的鉴定及镉胁迫响应分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.03.009

植物研究 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (3): 394-402.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2022.03.009

构树转录因子BpbZIP1的鉴定及镉胁迫响应分析

陈思思, 谢牧洪, 崔茂凯, 李文凯, 徐正刚, 贾彩霞, 杨桂燕()

西北农林科技大学林学院，陕西省经济植物资源开发利用重点实验室，杨凌 712100

收稿日期:2021-03-29 出版日期:2022-05-20 发布日期:2022-05-20
通讯作者: 杨桂燕 E-mail:yangguiyan@nwsuaf.edu.cn
作者简介:陈思思（1996—），女，硕士研究生，主要从事经济林木育种。
基金资助:
中国博士后科学基金面上项目(2020M683592);国家自然科学基金(31700332)

Identification of Broussonetia papyrifera Transcription Factor BpbZIP1 and Analysis of Its Response to Cadmium Stress

Sisi CHEN, Muhong XIE, Maokai CUI, Wenkai LI, Zhenggang XU, Caixia JIA, Guiyan YANG()

Key Laboratory of Economic Plant Resources Development and Utilization in Shaanxi Province，College of Forestry，Northwest A & F University，Yangling 712100

Received:2021-03-29 Online:2022-05-20 Published:2022-05-20
Contact: Guiyan YANG E-mail:yangguiyan@nwsuaf.edu.cn
About author:CHEN Sisi（1996—），female，master，mainly engaged in economic forest breeding.
Supported by:
Financial Grant from the China Postdoctoral Science Foundation(2020M683592);National Natural Science Foundation of China(31700332)

摘要/Abstract

摘要：

重金属污染不仅影响土壤有效面积，限制植被分布，也会对食物链和人体健康造成危害，其中镉（Cd）污染尤为突出。选择重金属耐受性强的植物应用于尾矿区的土壤修复亟待进行。构树（Broussonetia papyrifera）是重金属污染土壤的先锋树种，为探明构树响应重金属胁迫的分子机制，本研究从构树中克隆获得1个碱性亮氨酸拉链（basic leucine zipper，bZIP）转录因子（命名为BpbZIP1），对其基本生物信息、Cd胁迫响应及转化酵母的功能进行分析，预测BpbZIP1响应Cd的功能。结果显示，BpbZIP1基因开放阅读框长1 713 bp，编码的蛋白含570个氨基酸，分子量为62 902.38 Da，等电点为4.62。与拟南芥（Arabidopsis thaliana）AtbZIP1具有较近的进化关系。在150 μmol·L^-1 CdCl₂处理下，BpbZIP1基因能被不同程度的诱导表达，在3 h时BpbZIP1在根中的表达为对照的17.4倍。将BpbZIP1转入酵母能显著提高转基因酵母的抗Cd能力，当浓度高于0.6%时，转基因酵母的生长活力是对照的1.54~1.71倍。以上结果表明BpbZIP1基因能积极响应Cd胁迫，其表达可改善Cd胁迫耐受力，是构树Cd胁迫响应的重要基因。

关键词: 构树, Cd胁迫, bZIP转录因子, 基因表达, 酵母转化

Abstract:

Heavy metal pollution not only affected the effective area of the soil， restricted the distribution of vegetation， but also harmed the food chain and human health， and cadmium（Cd） pollution was particularly prominent. It was urgent to select plants with strong heavy metal tolerance for bioremediation in tailings areas. For Broussonetia papyrifera was a pioneer tree species in heavy metals polluted soil， In order to explore the molecular mechanism of B. papyrifera in response to heavy metal stress， a basic leucine zipper（bZIP） transcription factor（named BpbZIP1） from B. papyrifera was cloned， and its basic biological information， Cd stress response and the function of transformed yeast were analyzed to predict the role of BpbZIP1 in response to Cd. The results showed that the open reading frame of BpbZIP1 was 1 713 bp， the encoded protein contained 570 amino acids， the molecular weight was 62 902.38 Da， and the theoretical isoelectric point was 4.62. It had a close evolutionary relationship with Arabidopsis thaliana AtbZIP1. Under 150 μmol·L^-1 CdCl₂ treatment， the BpbZIP1 in B. papyrifera could be induced differently， and the expression of BpbZIP1 in roots was 17.4-fold higher than that in controls at 3 h after induction. Transformation of BpbZIP1 into yeast could significantly improve Cd resistance of transgenic yeasts. When the CdCl₂ concentration was higher than 0.6%， the growth vigor of transgenic yeast was 1.54-1.71-fold higher than that in controls. These results suggested that BpbZIP1 gene could positively respond to Cd stress， and its expression benefited Cd stress tolerance. BpbZIP1 was an important candidate in response to Cd stress of B. papyrifera.

Key words: Broussonetia papyrifera, Cd stress, bZIP transcription factor, gene expression, yeast transformation

中图分类号:

Q948.116

陈思思, 谢牧洪, 崔茂凯, 李文凯, 徐正刚, 贾彩霞, 杨桂燕. 构树转录因子BpbZIP1的鉴定及镉胁迫响应分析[J]. 植物研究, 2022, 42(3): 394-402.

Sisi CHEN, Muhong XIE, Maokai CUI, Wenkai LI, Zhenggang XU, Caixia JIA, Guiyan YANG. Identification of Broussonetia papyrifera Transcription Factor BpbZIP1 and Analysis of Its Response to Cadmium Stress[J]. Bulletin of Botanical Research, 2022, 42(3): 394-402.

图/表 7

表1

图1

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图6

参考文献 30

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构树转录因子BpbZIP1的鉴定及镉胁迫响应分析

Identification of Broussonetia papyrifera Transcription Factor BpbZIP1 and Analysis of Its Response to Cadmium Stress

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