全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (5): 625~633　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.1008 625
收稿 2014-03-25　　修定 2014-04-23
资助 国家自然科学基金委创新群体项目(31121063)。
* 通讯作者(E-mail: jmgong@sibs.ac.cn; Tel: 021-54924036)。
伴矿景天植物螯合肽合酶基因的克隆及功能分析
彭佳师, 丁戈, 易红英, 龚继明*
中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所, 植物分子遗传国家重点实验室, 上海200032
摘要: 重金属超积累植物由于长期生长在高浓度的重金属环境中, 使得经由植物螯合肽(phytochelatins, PCs)解毒途径来应
对重金属毒害代价高昂。我们从Zn/Cd超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)中克隆了植物螯合肽合酶(phytochelatin
synthase, PCS)基因SepPCS。该基因在裂殖酵母和拟南芥中表达后都具有PCS活性, 而且能够互补它们的PCs缺失突变体的
Cd敏感表型。SepPCS在伴矿景天中的表达受到高浓度Cd处理的诱导。与其近亲非超积累生态型东南景天(S. alfredii)相
比, 虽然伴矿景天地上部PCs与Cd的摩尔比远低于东南景天, 但是在高浓度Cd处理时PCs含量以及PCs与Cd的摩尔比急剧
增加。我们推测在伴矿景天应对Cd毒害的过程中, PCs起到一定的作用, 并且在高浓度Cd胁迫时地上部PCs依赖的解毒作
用有所加强。
关键词: 植物螯合肽; Cd; 重金属; 伴矿景天; 超积累植物
Cloning and Functional Analysis of Phytochelatin Synthase Gene from Sedum
plumbizincicola
PENG Jia-Shi, DING Ge, YI Hong-Ying, GONG Ji-Ming*
National Key Laboratory of Plant Molecular Genetics, Institute of Plant Physiology and Ecology, Shanghai Institutes for
Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200032, China
Abstract: Phytochelatin (PCs)-dependent mechanisms are costly for hyperaccumulators to detoxify toxic metals
as they grow in heavy metal-rich habitats. In this study we report the isolation and functional characterization of
the phytochelatin synthase (PCS) gene SepPCS from the hyperaccumulator Sedum plumbizincicola. Ectopic ex-
pression of SepPCS complemented PCs biosynthesis as well as cadmium (Cd) tolerance in the PCs-deficient
yeast or Arabidopsis mutant Δpcs and cad1-3 respectively. SepPCS expression is up-regulated in response to
high level Cd treatment. Furthermore, the molar ratio of PCs and Cd in S. plumbizincicola is far less than that in
the non-hyperaccumulating ecotype of S. alfredii, though this ratio in S. plumbizincicola shoots increased rapidly
when exposed to high concentration Cd treatments, consistent with the expression pattern of SepPCS. These re-
sults imply that PCs biosynthesis might play a minor role in Cd tolerance in the hyperaccumulator S. plumbizinc-
icola, but the importance of this mechanism might increase with elevated Cd concentrations.
Key words: phytochelatin; cadmium; heavy metal; Sedum plumbizincicola; hyperaccumulators
植物螯合肽(phytochelatins, PCs)是一类广泛
存在于真核生物中并由谷氨酸(Glu)、半胱氨酸
(Cys)和甘氨酸(Gly)组成的富巯基多肽。它们共同
的结构特征为: (γ-Glu-Cys)n-Gly, n通常为2~11
(Cobbett 2000; Cobbett和Goldsbrough 2002)。PCs
不是由结构基因直接编码形成的, 而是在植物螯
合肽合酶(phytochelatin synthase, PCS)的催化下以
还原型谷胱甘肽(glutathione, GSH)为底物合成
(Grill等1989)。PCs是植物细胞中重金属的主要螯
合物之一, 其分子中半胱氨酸的巯基与重金属在
细胞质中的螯合, 不仅降低了游离重金属离子所
造成的毒害, 而且还能够被液泡膜定位的转运蛋
白以PCs-金属螯合物的形式转运进液泡(Song等
2010; Mendoza-Cozatl等2011; Park等2012; Huang
等2012)。因此, 在植物抵御重金属毒害的过程中
发挥重要的作用。
由于PCs的合成会消耗细胞中大量的硫元素,
所以植物通过合成PCs来应对重金属毒害是一种
研究报告 Original Papers
植物生理学报626
应急的、能耗很大的方式。然而重金属超积累植
物长期生长在富含重金属的环境中, 且体内积累
大量的重金属, 因此普遍认为PCs在重金属超积累
植物应对重金属毒害的过程中并不是起主要作
用。这个推断已得到了很多实验证据的验证, 如
丁硫氨酸-亚砜亚胺(L-buthionine sulfoximine, BSO,
可抑制PCs合成)处理未显著增加Cd/Zn超富集植
物天蓝遏蓝菜(Thlaspi caerulescens)对Cd和Zn的敏
感度(Schat等2002; Hernandez-Allica等2006)。此外,
Zhao等(2003)发现在As超富集植物蜈蚣草(Pteris
vittata)中, PCs-SH与As的摩尔比在茎和根中分别为
0.09和0.03, 暗示只有1%~3%的As与PCs螯合, 这个
结果也被后来Raab等(2004)的研究所证实。
伴矿景天是在浙江省发现的景天科植物新种
(吴龙华等2006), 为Zn/Cd超积累植物, 野外生长的
伴矿景天地上部Cd含量可达281 mg·kg-1 (Lu等2012)。
我们已从伴矿景天中克隆到PCS基因SepPCS, 并
对其功能进行了研究, 此外, 还探究了PCs在抵御
重金属Cd毒害的过程中所发挥的作用。
材料与方法
1 伴矿景天的采集和种植
伴矿景天(Sedum plumbizincicola X. H. Guo et
S. B. Zhou sp. nov.)和低积累型东南景天[Sedum al-
fredii Hance, non-hyperaccumulating ecotype (NHE)]
均采集自浙江省衢州市一废弃的锌铅矿。在实验
室均以营养生殖的方式(扦插)种植扩繁。
景天水培营养液配制参考Yang等(2006)的配
方, 1 L营养液中含Ca(NO3)2 2
000 μmol、KH2PO4
100 μmol、MgSO4 500 μmol、KCl 100 μmol、
K2SO4 700 μmol、H3BO3 10 μmol、MnSO4 0.50
μmol、ZnSO 4 1 μmol、CuSO 4 0 .20 μmol、
(NH4)6Mo7O24 0.01 μmol、Fe-EDTA 100 μmol, 用
0.1 mol·L-1 NaOH或0.1 mol·L-1 HCl调节营养液pH
至5.5~5.8。
2 伴矿景天RNA提取及SepPCS基因的克隆
提取伴矿景天RNA时, 取在营养液中培养4
周、CdCl2处理3 d的植物材料, 于液氮中充分研磨
后置于含有0.8 mL CTAB提取液(含2% CTAB、0.1
mol·L-1 Tris、25 mmol·L-1 EDTA-Na2、1.4 mol·L
-1
NaCl, pH 8.0)和20 µL β-巯基乙醇的1.5 mL离心管
中, 充分混匀后于65 ℃水浴中放置15 min; 加入氯
仿, 离心并收集上清液, 加入3/4体积的异丙醇, 室
温静置5 min后离心; 沉淀用70%乙醇洗涤, 然后溶
解于60 µL不含RNase的水中 , 加入20 µL的8
mol·L-1 LiCl, 4 ℃下静置2 h; 离心后收集沉淀, 用
20 µL不含RNase的水溶解, 保存于–80 ℃备用。
3-RACE使用试剂盒GeneRacer Kit with
SuperScript III RT and TOPO TA Cloning Kit for
Sequencing (Invitrogen, 美国), 方法参照试剂盒说
明书。3-RACE的基因特异引物为: 5-CCTGG-
TGGATGATGTTCCCATTCTCCTAAA-3, 巢式引
物为: 5-CGTGTCGCCATCAAGGAAGAGGTG-
TTG-3。
SepPCS的克隆引物为: 5-GGATCCATGGC-
AATGGCGGGTTTGTACC-3 (正向引物 , 含
BamHI酶切位点)和5-GTCGACGAGCTCTCAG-
ACTTCAAATTTCTGCTTC-3 (反向引物, 含SacI
和SalI酶切位点), 用BamHI和SalI酶切位点连入裂
殖酵母表达载体pSLF1072, BamHI和SacI酶切位点
连入植物表达载体pCAMBIA1300。
3 裂殖酵母的转化及表型鉴定
裂殖酵母采用PCS突变体Δpcs及其野生型
FY254 (Clemens等1999), 载体选用pSLF1072。酵
母转化参考Elble (1992)的方法。
裂殖酵母平板表型鉴定时, 将转化子酵母在
选择性平板上划线活化; 挑取单克隆接种到5 mL
选择性液体培养基中 , 于28~30 ℃、200~250
r·min-1培养10~16 h, 至OD600=1.0左右。取1 mL菌
液, 离心收集菌体, 用无菌水重悬菌体; 离心收集
菌体, 用无菌水重悬菌体, 并将菌液依次稀释至
OD600=1、0.1、0.01、0.001; 分别取10 μL菌体悬
液滴至含有不同浓度重金属的选择性平板上 ,
28~30 ℃下培养5~7 d。
4 拟南芥的培养、转化及表型鉴定
采用拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)哥伦比亚
生态型野生型Col-0和PCs缺失突变体cad1-3
(Col-0背景)种子, 以70%乙醇表面灭菌12 min, 无
菌水清洗5次, 4 ℃春化3 d, 点种在1/4×植物营养液
(plant nutrient solution, PNS; 含1.25 mmol·L-1
KNO3、0.625 mmol·L
-1 KH2PO4、0.5 mmol·L
-1
MgSO4、0.5 mmol·L
-1 Ca(NO3)2、0.025 mmol·L
-1
彭佳师等: 伴矿景天植物螯合肽合酶基因的克隆及功能分析 627
FeNa-EDTA、17.5 μmol·L-1 H3BO3、0.125 μmol·L
-1
CuSO4、3.5 μmol·L
-1 MnCl2、0.25 μmol·L
-1
ZnSO4、0.05 μmol·L
-1 NaMoO4、2.5 μmol·L
-1
NaCl、0.0025 μmol·L-1 CoCl2, pH 5.7)固体培养基
(含0.8%琼脂和0.8%蔗糖)上培养4 d, 移栽到土壤
基质生长约4周, 将构建好的CaMV35S::SepPCS/
pCAMBIA1300的农杆菌GV3101转化子浸染花序来
转化拟南芥。
Cd胁迫处理时, 将拟南芥种子在1/4×PNS固
体培养基(含0.8%蔗糖和1.5%琼脂)上垂直生长4 d
后移至含有20 μmol·L-1 CdCl2的1/4×PNS无糖固体
培养基(含1.5%琼脂)上垂直生长7 d。拟南芥生长
环境为相对湿度70%, 恒温22~24 ℃, 光照周期为
16 h光照/8 h黑暗, 光照强度80~200 μmol·m-2·s-1的
人工气候室。
5 酵母中PCs的测定
将生长至对数生长中期的酵母用100 µmol·L-1
Cd处理6 h, 离心收集细胞并冷冻干燥后用HPLC
(Agilent 1200 Series, 美国)和反相C18柱(Agilent
300 Extend-C18 4.6 mm×150 mm, 颗粒大小3.5 μm)
测定细胞中PCs含量。PCs标准品(AnaSpec, 美国)
和样品的硫醇基团按照Gong等(2003)的方法以单
溴二胺(monobromobimane, mBBr)进行荧光标记。
参考Minocha等(2008)的方法, 用荧光法HPLC检测
硫醇基团。
6 RT-PCR及实时荧光定量PCR
RT-PCR采用正向引物(5-CCTGGTGGATG-
ATGTTCCCATTCTCCTAAA-3)和反向引物(5-
CCACAACAACTTGGTTTCGCTTGAGAAGA-3)
扩增SepPCS, 采用正向引物(5-CACCCTGTTC-
TTCTTACCGAG-3)和反向引物(5-CACTGA-
GCACAATGTTACCGTA-3)扩增AtActin2。
实时荧光定量PCR在Mastercycler ep Realplex 2
PCR仪(Eppendorf, 德国)上进行, 使用SYBR Premix
Ex Taq (大连宝生生物工程有限公)进行PCR反应,
反应程序参考说明书。以SepActin2作为内参, 进行
SepPCS基因的表达分析。实时定量PCR时, 采用正
向引物(5-ATGTTCCCTGGTATTGCTGACCGT-3)和
反向引物(5-TCCACATCTGCTGGAAGGTGCTTA-3)
扩增SepActin2, 采用正向引物(5-CCTGGTGG-
ATGATGTTCCCATTCTCCTAAA-3)和反向引
物(5 -CCACAACAACTTGGTTTCGCTTGA-
GAAGA-3)扩增SepPCS。
7 植物组织中Cd的测定
待测植物材料依次用超纯水清洗2次, 每次10
min; 20 mmol·L-1 CaCl2 (pH 5.0)溶液清洗2次, 每次
15 min; 超纯水冲洗干净, 吸干植株表面的水分, 80 ℃
烘干24~48 h至恒重; 称取10~20 mg, 置于14 mL
FalconTM管中, 加入1 mL 70%硝酸(MOS级), 轻轻
晃动, 使所有材料被浸泡, 过夜酸解; 沸水中煮30
min, 重复1~2次, 冷却至室温, 补充超纯水至14 mL,
混匀后密封, 待测; 利用电感耦合等离子质谱(Ind-
uctively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-
MS) (Perkin-Elmer, 美国)测定样品中的Cd含量。
实验结果
1 SepPCS的克隆
我们将拟南芥AtPCS1的蛋白序列在伴矿景天
转录组测序(数据未发表)的结果中比对, 只得到一
条与AtPCS1同源性大于70%的序列。但是与
AtPCS1相比, 其3-端缺失, 所以我们通过3-RACE
得到全长为1 668 bp的编码序列(coding sequence,
CDS), 鉴于后续的研究表明它具有PCS的特性, 故
命名为SepPCS基因。SepPCS与其他物种的PCS基
因类似, 在5-端都具有很高的同源性(图1)。
2 体外分析表明SepPCS具有PCS活性
为研究SepPCS在植物体外是否具有PCS活性,
我们将其转入PCs缺失的裂殖酵母突变体Δpcs并
对转基因酵母细胞中的PCs含量进行了测定, 结果
显示, SepPCS在酵母中表达后能显著增强突变体
酵母对Cd的抗性(图2-A); 突变体酵母转化SepPCS
后和野生型酵母一样, 在细胞中能够测出大量的
PCs, 而转化空载体的突变体酵母未能测出PCs (图
2-B)。以上结果暗示SepPCS在Δpcs中表达后能够
在细胞内催化合成PCs, 从而增加Δpcs对Cd毒害的
抗性。
3 SepPCS能够增强拟南芥PCs突变体对Cd的抗性
将SepPCS转入拟南芥PCs的缺失突变体cad1-3,
共筛选得到3个转基因株系: 2-2、3-3、5-3 (图
3-C)。这3个株系对Cd的抗性显著强于cad1-3 (图
3-A和B), 并且在体内也能够检测出PCs (数据未给
出)。这些结果说明SepPCS在植物体内表达后也
植物生理学报628
图2 SepPCS在裂殖酵母中的异位表达
Fig.2 Ectopic expression of SepPCS in fission yeast
Δpcs: PCs缺失的裂殖酵母突变体; FY254: Δpcs的野生型; EV: pSLF1072空载体。
图1 SepPCS基因的同源比对
Fig.1 Sequence alignment of SepPCS
Sep: 伴矿景天(Sedum plumbizincicola); At: 拟南芥(Arabidopsis thaliana); Tc: 天蓝遏蓝菜(Thlaspi caerulescens); Nt: 烟草(Nicotiana tabacum)。
彭佳师等: 伴矿景天植物螯合肽合酶基因的克隆及功能分析 629
具有PCS活性, 并且能够介导植物对重金属Cd胁迫
的抗性。
有趣的是, 在较高浓度Cd (如含50 µmol·L-1
Cd的平板)胁迫下, 转化SepPCS后并没有使cad1-3
对Cd的抗性完全达到野生型拟南芥(Col-0)的水平
(数据未给出)。通过测定转基因植物中PCS的表达
以及PCs的含量发现, 虽然转基因植物中SepPCS在
转录水平的表达量不低, 但是Col-0中PCs的含量却
高于转基因植物(数据未给出)。推测可能的原因
之一是由于密码子的偏好性导致SepPCS在拟南芥
中翻译效率较低。
4 PCs在伴矿景天抵御Cd毒害过程中的作用随胁
迫程度增加而有所加强
上述的研究结果表明, 伴矿景天的PCS基因
SepPCS在酵母和拟南芥中表达后都具有PCS活性,
并且能提高它们对Cd毒害的抗性。这就引出了两
个问题: (1) SepPCS在伴矿景天体内是否能够催化
合成PCs; (2)如果能够催化合成PCs, 那么这些合成
的PCs在超积累植物伴矿景天抵御Cd毒害的过程
中贡献有多大。
为了回答这些问题, 我们首先检测了伴矿景
天在不同浓度Cd处理条件下SepPCS的表达。结果
表明, 不论在根部还是地上部组织, SepPCS在不含
Cd的培养环境中都维持在较低的表达水平, 但在
400 µmol·L-1及更高浓度的Cd处理条件下, SepPCS
的表达受到强烈诱导(图4)。这暗示SepPCS可能在
伴矿景天抵御较高浓度Cd胁迫的过程中发挥一定
的作用。值得注意的是, 10 µmol·L-1的低浓度Cd处
理时SepPCS的表达量略有下调, 这可能是由于伴
矿景天的生长环境中本来就富含一些重金属如
Pb、Zn、Cd等, 低浓度的Cd处理反而是伴矿景天
“正常”的生长条件。
图3 SepPCS在拟南芥中的异位表达
Fig.3 Ectopic expression of SepPCS in A. thaliana
图4 不同浓度Cd处理下SepPCS在伴矿景天中的表达
Fig.4 The expression of SepPCS in S. plumbizincicola under
different concentrations of Cd treatments
纵坐标的数值为SepPCS相对于SepActin2的表达量。
植物生理学报630
不同浓度Cd处理的伴矿景天和非超积累生态
型东南景天体内都检测到了PCs (图5-A和C), 说明
SepPCS基因及其在东南景天体内的同源基因都具
有调控植物体内PCs合成的功能。有意思的是, 随
着外界Cd浓度的增加, 东南景天体内的PCs含量增
加并不明显, 而伴矿景天体内的PCs含量则随着Cd
浓度的增加有极其显著的上升, 这预示PCs可能在
超富集植物伴矿景天体内起着一定的作用。进一
步分析发现: 即使很高浓度的Cd胁迫处理也只是
将伴矿景天根中的PCs含量提升到东南景天根中
的水平(图5-A和C), 而在叶中, 伴矿景天的PCs含
量随着Cd浓度的增加不断提高, 并在极高浓度Cd
处理时显著高于东南景天, 这说明此时PCs可能主
要在伴矿景天的地上部位参与对高浓度Cd的响
应。PCs与Cd的摩尔比只在伴矿景天叶片中随Cd
处理浓度的增加而增加, 进一步支持这个结论(图
5-B)。值得注意的是, 虽然伴矿景天体内的PCs解
毒途径在高浓度Cd的生长环境中受到极大诱导,
但是东南景天叶片中PCs与Cd的摩尔比仍是伴矿
景天中的100倍以上(图5-B和D), 说明PCs在伴矿
景天地上部响应Cd胁迫的机制中所起的作用应该
是比较次要的。
讨　　论
1 PCs在超积累植物抵御重金属毒害中的作用
研究表明, PCs依赖的解毒途径是一些真菌以
及植物抵御重金属毒害的关键机制。首先, 裂殖酵
母PCs缺失突变体对Cd胁迫极为敏感(图1-A), 而在
酿酒酵母中过表达不同物种来源的PCS基因都能
增强其对Cd的抗性(Clemens等1999)。其次, 在植
物中, 拟南芥不同的PCs缺失突变体对Cd胁迫也都
极为敏感(图2-A) (Howden等1995; Cobbett等
1998)。此外, PCs的合成受重金属离子的强烈诱导,
并且诱导合成的PCs螯合了进入植物体内的大部分
重金属, 特别是Cd和As (Verbruggen等2009; Mishra
等2013)。然而, 在植物中过表达AtPCS1后不仅没
有增加对Cd的抗性和积累反而使转基因植物比野
生型对Cd更为敏感(Li等2004; Wojas等2008), 而在
拟南芥中共表达AsPCS1和GSH1基因则会增加转
基因植物对Cd的抗性和积累(Guo等2008), 这说明
PCs的大量合成会导致细胞中的GSH过度消耗, 而
GSH对维持植物细胞的氧化还原平衡至关重要, 所
以植物通过消耗GSH合成PCs来抵御重金属的毒害
是一种“昂贵”的高能耗应急机制。
与非超积累植物的比较研究已经证实PCs依
图5 不同浓度Cd处理下PCs含量及其与Cd的摩尔比
Fig.5 PCs content and the molar ratio of PCs and Cd under different concentrations of Cd treatments
彭佳师等: 伴矿景天植物螯合肽合酶基因的克隆及功能分析 631
赖的解毒途径并没有在超积累植物抵御重金属毒
害的过程中发挥主要作用(Ebbs等2001; Schat等
2002; Hernandez-Allica等2006; Sun等2007)。我们
的研究表明, 超积累植物伴矿景天在低浓度Cd处
理条件下, PCs依赖的解毒途径并没有受到诱导, 暗
示与其他超积累植物类似, PCs并没有在伴矿景天
抵御低浓度重金属毒害的过程中发挥太大作用。
但有意思的是, 在其生长受到高浓度Cd胁迫时, 随
着体内特别是地上部的Cd含量剧增, PCs的合成也
受到极大诱导, PCs与Cd的摩尔比成倍增加(图5)。
这些结果说明, PCs解毒途径在伴矿景天抵御高浓
度重金属胁迫的过程中依旧发挥着一定的“应急”
作用。
2 超积累植物独立于PCs解毒途径的机制
植物体内的PCs合成受重金属离子如Cd2+、
Cu2+、Zn2+、Pb2+以及类金属As5+等激活(Cobbett
2000; Cobbett和Goldsbrough 2002), 然而伴矿景天
PCs依赖的解毒途径并没有受到低浓度Cd胁迫明
显的诱导, 说明此时积累在体内的Cd并不是以有
毒的游离态存在于细胞质中。即使在高浓度Cd胁
迫下, 虽然SepPCS的表达以及PCs的合成都受到诱
导, 但是PCs与Cd的摩尔比仍远小于非超积累生态
型东南景天(图-4和5)。这些结果都暗示伴矿景天
存在独立于PCs解毒途径且更高效的重金属解毒
机制。
其中一个重要的机制可能是重金属的细胞壁
区隔。作为植物细胞的第一道保护屏障, 细胞壁
含有丰富的—COOH、—OH以及—SH等活泼基
团, 这些基团能够与重金属结合形成沉淀, 从而阻
止大量重金属进入原生质内。例如, Zn和Cd的超
积累植物天蓝遏蓝菜根部有30%的Zn积累在细胞
壁中(Salt等1999)。在超积累生态型东南景天体
内, 大部分的Cd积累在细胞壁中, 而非超积累生态
型的细胞壁中Cd的含量远低于超积累生态型(Ni
和Wei 2003; Li等2006), 通过透射电子显微镜能够
更形象地看到东南景天叶片中的Cd主要积累在细
胞壁中(Zhang等2010)。
另一方面, 超积累植物地上部组织细胞中的
液泡对重金属元素具有较大的区隔容量, 从而减
少了胞质中Cd的含量。通过提取原生质体和液泡
发现, 超积累植物天蓝遏蓝菜的Ganges生态型叶
肉组织细胞中有91%的Zn和77%的Cd存在于原生
质体中, 而存在于原生质体中全部的Cd和91%的
Zn存储在液泡中。类似的结果也在其他超积累植
物中发现(Küpper等1999, 2001; Krämer等2000)。
已有的研究表明, 超积累植物地上部组织细胞中
的液泡保持对重金属较大的区隔容量不是由一些
特殊的新基因介导, 而是一些共同的基因在超积
累植物中稳定高表达的结果。例如, 介导Zn向液
泡转运的关键蛋白MTP1在不同的超积累植物中
都持续高表达(Assunção等2001; Persans等2001;
Dräger等2004; Becher等2004; van de Mortel等2006;
Hammond等2006; Talke等2006; Gustin等2009;
Shahzad等2010; Zhang等2011)。
除PCs外, 植物体内还存在多种类型的重金属
离子的螯合物, 如组氨酸(histidine)、金属硫蛋白
(metallothionein)、烟碱(nicotinamine, NA)等, 它们
在细胞质中与重金属离子的螯合不仅降低了游离
重金属离子造成的毒害, 而且减少了根部重金属
离子向液泡中的区隔化, 从而保证了重金属离子
从根部高效地向地上部转运 ( R i c h a u等2 0 0 9 ;
Krämer 2010; Mari等2006; Deinlein等2012; Peng和
Gong 2014)。与MTP1类似, 这些螯合物在超积累
植物中的含量或与其合成相关基因的表达远高于
其近亲非超积累植物(Richau等2009; Ingle等2005;
Becher等2004; Weber等2004; Hammond等2006;
Talke等2006; van de Mortel等2006), 这也暗示了它
们在超积累植物抵御重金属毒害的过程中可能发
挥着重要的作用。
参考文献
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