A novel metallothionein gene HcMT from halophyte shrub Halostachys caspica respond to cadmium and sodium stress

金属硫蛋白 活性氧 拟南芥 非生物胁迫 盐生植物 拟南芥 生物化学 化学 酵母 氧化应激 生物 细胞生物学 植物 基因 盐度 突变体 有机化学 生态学
作者
Kexin Yan,Mehriban Ablimit,Sai Liu,Zhongyuan Liu,Yan Wang
出处
期刊:Plant Physiology and Biochemistry [Elsevier]
卷期号:201: 107763-107763 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.plaphy.2023.107763
摘要

Cadmium (Cd) and sodium (Na) are two of the most phytotoxic metallic elements causing environmental and agricultural problems. Metallothioneins (MTs) play an important role in the adaptation to abiotic stress. We previously isolated a novel type 2 MT gene from Halostachys caspica (H. caspica), named HcMT, which responded to metal and salt stress. To understand the regulatory mechanisms controlling HcMT expression, we cloned the HcMT promoter and characterized its tissue-specific and spatiotemporal expression patterns. β-Glucuronidase (GUS) activity analysis showed that the HcMT promoter was responsive to CdCl2, CuSO4, ZnSO4 and NaCl stress. Therefore, we further investigated the function of HcMT under abiotic stress in yeast and Arabidopsis thaliana (Arabidopsis). In CdCl2, CuSO4 or ZnSO4 stress, HcMT significantly enhanced the metal ions tolerance and accumulation in yeast through function as a metal chelator. Moreover, the HcMT protein also protected yeast cells from NaCl, PEG and hydrogen peroxide (H2O2) toxicity with less effectiveness. However, transgenic Arabidopsis carrying HcMT gene only displayed tolerance to CdCl2 and NaCl, accompanying by higher content of Cd2+ or Na+ and lower H2O2, compared to wild-type (WT) plants. Next, we demonstrated that the recombinant HcMT protein has the ability to bind Cd2+ and the potential of scavenging ROS (reactive oxygen species) in vitro. This result further confirmed that the role of HcMT to influence plants to CdCl2 and NaCl stress may bind metal ions and scavenge ROS. Overall, we described the biological functions of HcMT and developed a metal- and salt-inducible promoter system for using in genetic engineering.
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