cDNA Library for Mining Functional Genes in Sedum alfredii Hance Related to Cadmium Tolerance and Characterization of the Roles of a Novel SaCTP2 Gene in Enhancing Cadmium Hyperaccumulation

基因 cDNA文库 生物 活性氧 植物修复 互补DNA 互补 化学 分子生物学 遗传学 生物化学 表型 生态学 污染 有机化学
作者
Mingying Liu,Xuelian He,Tongyu Feng,Renying Zhuo,Wenmin Qiu,Xiaojiao Han,Guirong Qiao,Dayi Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (18): 10926-10940 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b03237
摘要

Heavy metal contamination presents serious threats to living organisms. Functional genes related to cadmium (Cd) hypertolerance or hyperaccumulation must be explored to enhance phytoremediation. Sedum alfredii Hance is a Zn/Cd cohyperaccumulator exhibiting abundant genes associated with Cd hypertolerance. Here, we developed a method for screening genes related to Cd tolerance by expressing a cDNA-library for S. alfredii Hance. Yeast functional complementation validated 42 of 48 full-length genes involved in Cd tolerance, and the majority of them were strongly induced in roots and exhibited diverse expression profiles across tissues. Coexpression network analysis suggested that 15 hub genes were connected with genes involved in metabolic processes, response to stimuli, and metal transporter and antioxidant activity. The functions of a novel SaCTP2 gene were validated by heterologous expression in Arabidopsis, responsible for retarding chlorophyll content decrease, maintaining membrane integrity, promoting reactive oxygen species (ROS) scavenger activities, and reducing ROS levels. Our findings suggest a highly complex network of genes related to Cd hypertolerance in S. alfredii Hance, accomplished via the antioxidant system, defense genes induction, and the calcium signaling pathway. The proposed cDNA-library method is an effective approach for mining candidate genes associated with Cd hypertolerance to develop genetically engineered plants for use in phytoremediation.
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