小麦和玉米中HMA3基因的功能验证开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1.课题意义目前关于水稻及拟南芥的oshma3、athma3基因对于重金属镉的转运方面的研究已经较多，但小麦、玉米，同作为重要的粮食作物，在此方面暂未受到关注，根据现有数据可知，小麦、玉米、水稻中积累镉的能力存在差异，水稻积累镉的能力较高，因此希望通过本实验比较小麦、玉米、水稻三种作物中hma3基因的活性差异，验证小麦与玉米的tahma3、zmhma3基因转运镉的能力强弱，并且小麦、玉米中镉转运相关机制也是未知的，根据水稻的镉转运机制，合理推测小麦及玉米中亦与hma3基因紧密相关联，因此也希望通过本试验验证其相关机制，使小麦、玉米等作物在镉污染解毒方面的研究迈出更进一步。

2. 国内外研究进展2.1镉的危害镉（cadmium）作为一种有害重金属，是主要的环境污染物之一。

由于工业化和城镇化的快速发展，加之化学肥料的大量施用，土壤酸化以及水分的管理不当导致我国农田土壤cd污染日趋严重[1]。

2. 研究的基本内容和问题

1.研究目标比较小麦、玉米、水稻三种作物中hma3基因的活性差异，验证小麦与玉米的tahma3、zmhma3基因的作用机理效应：不同作物对重金属镉的积累存在差异，植物主要通过与细胞壁的结合、液泡的区域化以及与有机物的螯合等途径积累镉，进行解毒作用。

hma基因家族是植物吸收、转运重金属的重要组成部分，小麦、玉米与水稻、拟南芥等同属于草本植物， oshma3及athma3基因现已有较多相关研究，关于其将镉转运至液泡中，通过区室化作用缓解镉对作物细胞的毒害，并阻止镉继续向地上部运输的功能已得到验证。

因此可以合理推断tahma3、zmhma3基因也对镉有类似作用机理。

3. 研究的方法与方案

1.研究方法1.1 采用水培法，培养小麦、玉米、水稻至三叶期，提取总rna，反转录成cdna，设计不同作物hma3特异引物，从不同作物cdna中克隆相应hma3基因并测序。

1.2 将测序正确的hma3片段克隆至酵母表达载体pyes2.0,转化至酵母菌株sey6210中；1.3 在含不同镉浓度的酵母培养基上比较含不同作物hma3基因的酵母转化子生长情况。

2.技术路线2.1采用水培法，培养小麦、玉米、水稻至三叶期；2.2提取总rna，反转录成cdna，设计不同作物hma3特异引物，克隆并测序；2.3将测序正确的hma3片段克隆至酵母表达载体pyes2.0,转化至酵母菌株sey6210中；2.4比较含不同作物hma3基因的酵母转化子生长情况。

4. 研究创新点

目前关于水稻及拟南芥的OsHMA3、AtHMA3基因对于重金属镉的转运方面的研究已经较多，但小麦、玉米，同作为世界上名列前茅的作物，在此方面暂未受到关注，因此希望通过本实验比较小麦、玉米、水稻三种作物中HMA3基因的活性差异，验证小麦与玉米的TaHMA3、ZmHMA3基因转运镉的能力是否更强，使小麦、玉米等作物抵御镉污染机制研究迈出更进一步。

5. 研究计划与进展

2018.2－2018.3 查阅课题相关文献，储备进行实验所需的各方面知识，学习熟练使用实验室仪器设备，掌握分子实验基本操作方法;2018.3－2018.4 设计水培实验，比较小麦、玉米、水稻中镉的吸收与转运的差异;2018.4－2018.5通过网站查找序列，设计引物，扩增小麦中三个不同基因组中的TaHMA3基因以及玉米中的ZmHMA3基因;通过构建异源酵母表达载体载体，在酵母中探究不同HMA3转运体对镉的转运。