浮萍 LmGSTU 1基因克隆及其提高大腸桿菌鎘耐受性的分析

摘要：谷胱甘肽-S-轉移酶（Glutathione-S-transferases，GST）是由大型基因家族編碼的多功能酶，在植物耐受重金屬脅迫方面具有重要作用。本研究以鎘（Cadmium， Cd）超富集浮萍的cDNA為模板擴增出LmGSTU1基因，并進一步對LmGSTU1基因進行生物信息學分析。結果表明：LmGSTU1基因全長675 bp，可編碼224個氨基酸，存在GST-C和GST-N兩個亞家族結構域。LmGSTU1蛋白為帶負電荷穩(wěn)定的酸性親水性蛋白，含有14個磷酸化位點，二級結構以α-螺旋為主，不存在信號肽和跨膜區(qū)域。此外，構建原核表達重組質粒pET30a-LmGSTU1，探究重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）在不同濃度Cd脅迫下的生長變化。在400 mg/L Cd脅迫下，兩種菌的生長速率差異最為顯著，重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）的生長速率高達對照菌BL21 （pET30a）的2倍，說明LmGSTU1基因的表達能增強大腸桿菌BL21對重金屬Cd脅迫的耐受性。研究結果可為后續(xù)深入研究LmGSTU1基因在浮萍中的解毒機制奠定理論基礎。

關鍵詞：LmGSTU1基因；浮萍；原核表達；生物信息學分析

中圖分類號：Q78

文獻標識碼：A

文章編號：1008－0457（2025）01－0076－09

國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2025.01.012

谷胱甘肽-S-轉移酶（Glutathione-S-transferases，GST）是一種多功能酶家族，參與多種細胞過程，廣泛存在于動植物組織中［1-2］。以植物蛋白質的同源性和基因結構特征為依據(jù)，GST家族可分為8個亞家族：T （Theta）、F （Phi）、Z （Zeta）、U （Tau）、L （Lambda）、EF1Bγ （Elongation factor 1 Bγ）、DHAR （Dehydroascorbate reductase）、TCHQD （Tetrachlorohy droquinone dehalogenase）［3］。而F和U族是植物GST家族中特有的兩個亞家族，通常被認為是外源性代謝的重要調(diào)節(jié)因子，主要涉及植物對各種非生物脅迫的高耐受性［4-5］。谷胱甘肽（Glutathione，GSH）是一種由半胱氨酸（Cys）、谷氨酸（Glu）和甘氨酸（Gly）縮合形成的三肽化合物，能夠與重金屬發(fā)生螯合反應從而降低其毒性［6］。GST可通過催化親電子外源化合物與親核性的GSH發(fā)生結合反應，防止其與細胞生物大分子共價結合從而達到解毒的目的［7］。植物在重金屬脅迫下，可通過誘導GST基因表達發(fā)揮解毒和抗氧化的功能，從而保護植物免受逆境的損害。Nessem等［8］對豆苗進行重金屬鎘（Cadmium， Cd）和鈷的單獨或組合處理，發(fā)現(xiàn)重金屬處理可顯著提高GST的酶活性。Gu等［9］研究發(fā)現(xiàn)銅離子對野生型細長聚球藻具有很強的毒性，而GST轉化株系能夠抵抗銅離子的毒性，且銅離子對GST轉化株系的毒性不受作用時間的影響。

近年來，隨著社會的進步與經(jīng)濟的發(fā)展，我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展迅速，大量含重金屬的廢水流入水體。其中，重金屬Cd污染最為嚴重，我國各地水體受到不同程度的Cd污染［10］。重金屬Cd在植物中長期積累，其易通過食物鏈逐漸富集進入人體，導致貧血、骨質疏松、腎功能衰竭等嚴重健康問題，因此解決重金屬Cd污染問題迫在眉睫［11-12］。目前，國內(nèi)外常見的重金屬水體污染治理方法包括物理處理、化學凈化和生物修復。生物修復治理技術由于其環(huán)保、高效和低成本等優(yōu)點，長期以來被視為一種理想的水體重金屬污染治理方法。

浮萍是一種小型、快速生長的水生開花植物，包括5屬36種，分別為綠萍屬（Lemna）、多根紫萍屬（Spirodela）、少根紫萍屬（Landoltia）、蕪萍屬（Wolffia）和扁平無根萍屬（Wolffiella）［13-14］。浮萍具有較強的重金屬吸附能力和環(huán)境適應能力，在重金屬污染水體的修復中具有重要的作用，常作為污染指示生物用于環(huán)境監(jiān)測和水體污染修復等［15-16］。已有研究表明浮萍在高濃度Cd處理后，Cd富集量超過1200 mg/kg，遠大于100 mg/kg，達到了Cd超富集植物的標準［17］。重金屬Cd對植物具有毒性作用的主要原因之一是其能夠誘導產(chǎn)生過量的活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS），破壞植物正常的生理活動［18-19］。Chen等［20］從浮萍中克隆出GST基因，并通過與SOD （Super Oxide Dismutase）、APX （Ascorbate Peroxidase）、POD （Peroxidase）和CAT （Catalase）進行比較，研究發(fā)現(xiàn)GST基因的編碼蛋白具有相似的表達模式，這表明GST基因參與了重金屬脅迫下的氧化應答。目前，國內(nèi)外已有許多研究報道生物在重金屬Cd脅迫下GST的響應機制。然而，關于浮萍LmGSTU1基因在Cd脅迫下的響應機制迄今尚未見報道。

在本課題組前期轉錄組測序中，我們發(fā)現(xiàn)Cd脅迫下浮萍的LmGSTU1基因表達明顯上調(diào)。因此，本研究在前期基礎上采用基因克隆技術得到LmGSTU1基因，對其進行生物信息學分析，并構建重組質粒pET30a-LmGSTU1轉化到大腸桿菌BL21中進行原核表達，測定Cd脅迫下菌株的生長曲線和生長狀態(tài)，為進一步研究該基因的解毒機制提供理論支持。

1材料與方法

1.1材料及主要試劑儀器

1.1.1供試材料

試驗中所使用的Cd超富集浮萍（Lemna minor L.）來源于貴州大學生命科學學院浮萍種質資源庫，大腸桿菌BL21來源于貴州大學生命科學學院實驗室。

1.1.2主要試劑

DNA聚合酶（全式金，北京），核酸提取液（Acmec，上海），CdCl2標準溶液（北京北方偉業(yè)，北京），卡那霉素（Solarbio，北京），IPTG （Solarbio，北京），RNA提取試劑（Promega，上海），cDNA合成試劑盒（全式金，北京）。

1.1.3試驗儀器

離心機（平凡TGL-205，湖南），水平電泳儀（JUNYI JY1600 C，北京），PCR儀（Thermo T100，美國），滅菌鍋（ZEALWAY DR60 DA，美國），人工氣候培養(yǎng)箱（Thermo GXZ-80，美國），火焰原子分光光度計（Analytik Jena AG NovaAA 400 P，德國），恒溫搖床（ZWY-C2112D HUAPUDA，常州），超凈工作臺（孚夏SW-CJ-1 D，浙江）。

1.2試驗方法

1.2.1LmGSTU1基因的克隆及序列分析

使用RNA提取試劑盒對浮萍進行RNA提取，利用cDNA合成試劑盒將其逆轉錄為cDNA，應用Primer 5.0和Oligo 7軟件設計上游引物（5′-AGATGGCGTCGGAGAA-3′）和下游引物（5′-ATCGACGCTCCACCTC-3′），以cDNA為模板進行PCR擴增。PCR擴增體系為25 μL：HiFi Buffer II緩沖液2.50 μL，dNTP 2.00 μL，上游引物0.50 μL，下游引物0.50 μL，DNA 1.00 μL，ddH2O 18.25 μL，Trans Taq HiFi DNA Polymerase 0.25 μL。PCR擴增程序為：95 ℃ 5 min，94 ℃ 30 s，57 ℃ 30 s，72 ℃ 45 s，30個循環(huán)，72 ℃ 2 min，25 ℃ 5 s。PCR產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳進行檢測。

1.2.2生物信息學分析所用在線分析網(wǎng)址及軟件

LmGSTU1基因編碼蛋白的生物信息學分析所用軟件和網(wǎng)址信息見表1。通過Protparam在線軟件預測LmGSTU1蛋白的理化性質；通過ProtScale在線軟件預測LmGSTU1蛋白的親疏水性；通過NetPhos 3.1在線軟件預測LmGSTU1蛋白的磷酸化位點；通過TMHMM 2.0在線軟件預測LmGSTU1蛋白的跨膜結構域；通過SignalP-4.1預測LmGSTU1蛋白的信號肽；通過PROSITE在線軟件預測LmGSTU1蛋白的保守結構域；通過SPOMA在線軟件預測LmGSTU1蛋白的二級結構；通過Swissmodel預測LmGSTU1蛋白的三級結構。

1.2.3原核表達載體的構建

利用SacⅠ和BamHⅠ限制性內(nèi)切酶對質粒pET30a和目的基因序列進行雙酶切，將目的基因連接到pET30a質粒構建pET30a-LmGSTU1重組質粒，轉化大腸桿菌BL21感受態(tài)細胞，接種到含有卡那霉素（Kanamycin，Kan） LB平板上，37 ℃過夜培養(yǎng)。挑取單克隆菌落置于1 mL含Kan的LB培養(yǎng)液中，在37 ℃，200 rpm振蕩下培養(yǎng)12 h，進行菌液PCR檢測。菌液PCR體系為25 μL：HiFi Buffer II緩沖液2.50 μL，菌液1.00 μL，dNTPs 2.00 μL，上游引物（5′-TAATACGACTCACTATAG-3′） 0.50 μL，下游引物（5′-ATCGACGCTCCACCTC-3′） 0.50 μL，Trans Taq HiFi DNA Polymerase 0.25 μL，ddH2 O 18.25 μL。菌液PCR反應程序為：94 ℃ 3 min，94 ℃ 30 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 1 min，30個循環(huán)，72 ℃ 5 min，25 ℃ 5 s，1%瓊脂糖凝膠電泳檢測菌液PCR反應產(chǎn)物。重組轉化成功的菌液送至北京擎科生物技術有限公司測序，將目的基因序列和公司測序結果進行比對，查看是否一致或者有突變。

1.2.4BL21菌株生長曲線的檢測

將構建成功的重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）按照1∶500的體積比接種到含IPTG和Kan的LB液體培養(yǎng)基中，以不含目的基因的大腸桿菌BL21 （pET30a）作空白對照，37 ℃、220 rpm振蕩培養(yǎng)8 h后測定菌液的OD600值（波長600 nm處的吸光值），并將兩組菌種的OD600值調(diào)節(jié)至0.4左右。取1 mg/mL CdCl2母液加入至250 mL菌液中，分別形成0、200、400、600和800 mg/L Cd脅迫環(huán)境，于37 ℃，220 rpm的條件下繼續(xù)進行振蕩培養(yǎng)。生物學重復3次，每隔1 h測定一次OD600，連續(xù)測量7～8 h，繪制生長曲線。

1.2.5滴板試驗

重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）按照1∶150的體積比接種到含IPTG和Kan的LB液體培養(yǎng)基中，以不含目的基因的大腸桿菌BL21 （pET30a）作空白對照，37 ℃、220 rpm振蕩培養(yǎng)，并將兩組菌種的OD600值調(diào)節(jié)至0.5左右。兩組菌種分別用LB液體培養(yǎng)基按照10-1、10-2、10-3的梯度進行稀釋，隨后各取10 μL依次滴加到含有Cd濃度為0、200、400、600及800 mg/L的LB平板上（含有IPTG和Kan）。在37℃培養(yǎng)4 d后，觀察重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）及對照菌BL21 （pET30a）的菌落生長情況。

2結果與分析

2.1LmGSTU1基因的克隆

用1%瓊脂糖凝膠電泳對擴增的LmGSTU1基因進行檢測，觀察到650 bp左右檢測到單一清晰的條帶（圖1-a），與預期基因片段大小相符。由測序分析結果所得克隆序列為完整的LmGSTU1基因序列（圖1-b），基因序列全長為675 bp，共編碼224個氨基酸。

2.2LmGSTU1基因編碼蛋白的生物信息學分析

2.2.1LmGSTU1蛋白的理化性質預測

通過Protparam在線軟件對LmGSTU1蛋白進行理化性質分析。結果表明（表2），LmGSTU1蛋白的分子式為C1190H1826N306O332S7，共有3661個原子，由224個氨基酸組成。該蛋白的分子量為25 955.86 Da，脂肪系數(shù)為83.53，理論等電點為5.92，不穩(wěn)定系數(shù)為35.58 （lt;40），負電荷殘基總數(shù)為36，正電荷殘基總數(shù)為33，總平均親水性為－0.412 （gt;－0.5），因此推測LmGSTU1蛋白屬于帶負電荷穩(wěn)定的酸性親水性蛋白。

2.2.2LmGSTU1蛋白的磷酸化位點和親/疏水性預測

通過NetPhos 3.1在線軟件對LmGSTU1蛋白的磷酸化位點進行預測。結果如圖2-a所示，LmGSTU1蛋白存在14個磷酸化位點，包括2個酪氨酸（Tyr），3個蘇氨酸（Thr）和9個絲氨酸（Ser）。酪氨酸（Tyr）位于肽鏈第32和172位氨基酸位點處；蘇氨酸（Thr）位于肽鏈第121、164和171位氨基酸位點處；絲氨酸（Ser）位于肽鏈第11、14、43、69、86、116、136、199和201位氨基酸位點處?；谏鲜隽姿峄稽c分析，推測LmGSTU1蛋白是通過修飾酪氨酸（Tyr）、蘇氨酸（Thr）和絲氨酸（Ser）的磷酸化來調(diào)控該蛋白活性發(fā)揮生物功能。通過在線軟件Protscale對LmGSTU1蛋白進行親/疏水性預測。負值表示親水性，正值表示疏水性，絕對值越大，親/疏水性越強。結果（圖2-b）表明，LmGSTU1蛋白的氨基酸整體分值為負值，與理化性質總平均親水性分析結果相符，故推測該蛋白屬于親水性蛋白。其中，在肽鏈第30和31位氨基酸位點處出現(xiàn)最低值－2.356，在肽鏈第158位氨基酸位點處出現(xiàn)最高值2.200，說明組成該蛋白的氨基酸具有較強的親水性。

2.2.3LmGSTU1蛋白的跨膜結構和信號肽預測

通過在線軟件TMHMM 2.0對LmGSTU1蛋白的跨膜結構域進行預測。結果顯示，LmGSTU1蛋白出現(xiàn)在膜外的概率為0.95，膜內(nèi)的概率為0.04，且其跨膜概率極?。╨t;0.000 5） （圖3-a），故推測LmGSTU1蛋白不存在跨膜區(qū)域，且不屬于跨膜蛋白。使用在線軟件SignalP-4.1對LmGSTU1蛋白的信號肽進行預測，其中S值、C值和Y值分別表示為信號肽長度預測值、剪切位點值和綜合剪切位點值。由圖3-b可知，在肽鏈第18位氨基酸位點處，S值達到高峰；在第19位氨基酸位點處，C值和Y值達到高峰。該蛋白沒有預測到信號肽序列，推測LmGSTU1蛋白可能屬于非分泌蛋白。

2.2.4LmGSTU1蛋白的保守結構域、二級結構和三級結構預測

通過PROSITE和SPOMA在線軟件對LmGSTU1蛋白的保守結構域和二級結構進行預測。結果表明，LmGSTU1蛋白存在GST-C和GST-N兩個亞家族結構域（圖4-a）。LmGSTU1蛋白的二級結構包括α-螺旋、無規(guī)則卷曲、延伸鏈和β-折疊4種空間構型，所占比例分別為49.55%、30.36%、14.29%和5.80% （圖4-b）。為進一步構建LmGSTU1蛋白的三級結構，以擬南芥中與谷胱甘肽二硫鍵結合的谷胱甘肽轉移酶U25為模板建模，利用Swissmodel在線軟件得到LmGSTU1蛋白的三級結構。結果顯示（圖4-c），LmGSTU1蛋白與模板的QMEAN （Qualitative Model Energy Analysis，表示模型的質量）為0.78，GMQE （Global Model Quality Estimation，表示模型的準確度）為0.80，序列相似性為59.26%，表明LmGSTU1蛋白的建模結果可信度較高。

2.3LmGSTU1基因的原核表達

2.3.1原核表達載體的構建

結果顯示，菌液PCR產(chǎn)物電泳有目標條帶并且條帶清晰（圖5-a），經(jīng)測序與目的基因序列對比分析證明原核表達載體構建成功，可用于進行下一步試驗。利用SnapGene軟件構建載體圖譜（圖5-b），載體pET30a-LmGSTU1長為6091 bp。

2.3.2鎘脅迫對大腸桿菌BL21生長曲線的影響

將重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）和對照菌BL21 （pET30a）分別在LB液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，測定各培養(yǎng)時間的OD600值，繪制生長曲線圖。結果如圖6所示，在Cd脅迫的條件下，兩種菌株的生長速率均受到抑制。在低濃度Cd脅迫下，對照菌BL21 （pET30a）的生長速率優(yōu)于重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）。而在高濃度Cd脅迫下，重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）的生長速率明顯高于對照菌BL21 （pET30a）。其中，尤為顯著的是在400 mg/L Cd脅迫下，重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）的生長速率是對照菌BL21 （pET30a）的1.1～2.0倍，說明LmGSTU1基因可以抵御其受到的Cd脅迫。

2.3.3鎘脅迫對大腸桿菌BL21菌落的影響

用滴板試驗分析LmGSTU1基因的Cd耐受性。結果顯示，在不施加Cd脅迫時，重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）和對照菌BL21 （pET30a）在菌落形態(tài)較一致。當施加200 mg/L的Cd脅迫下，重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）和對照菌BL21 （pET30a）在平板上形成的菌落數(shù)量均明顯減少。重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）的生長狀態(tài)優(yōu)于相同濃度處理的對照菌BL21 （pET30a），且隨著稀釋倍數(shù)的增加，重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）與對照菌BL21 （pET30a）的菌落數(shù)呈顯著差異。而當施加Cd濃度為400 mg/L時，重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）與對照菌BL21 （pET30a）只有在原菌液平板上零星生長，稀釋后無菌落形成（圖7）。此外，重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）和對照菌BL21 （pET30a）在600～800 mg/L Cd脅迫下，平板上均無菌落形成，菌株停止生長，該結果與生長曲線的趨勢相似。

3討論與結論

本研究成功克隆獲得浮萍LmGSTU1基因序列，該基因序列全長675 bp，共編碼224個氨基酸，其編碼蛋白為帶負電荷穩(wěn)定的酸性親水性蛋白，包括GST-C和GST-N兩個保守結構域。蛋白質的磷酸化修飾會降低蛋白復合物的穩(wěn)定性，導致該蛋白處于激活或失活狀態(tài)。LmGSTU1蛋白的磷酸化位點僅有14個，再次驗證了LmGSTU1蛋白屬于穩(wěn)定蛋白。同時，LmGSTU1蛋白不存在跨膜區(qū)域和信號肽，故推測LmGSTU1蛋白在胞內(nèi)發(fā)揮作用，不是分泌蛋白。此外，LmGSTU1蛋白的氨基酸數(shù)量、親水性、酸堿性和穩(wěn)定性與褚晶［21］的研究結果基本一致。

已有研究證實，GST基因的表達可增強生物對重金屬Cd脅迫的耐受性［22］。Zhou等［23］檢測BvGSTU9基因在Cd脅迫下的表達量發(fā)現(xiàn)BvGSTU9基因與Cd脅迫存在著一定的應答關系，并通過解毒提高細胞存活率。鄭雙艷等［24］發(fā)現(xiàn)河蜆經(jīng)Cd脅迫后其體內(nèi)的GST基因對Cd高度敏感，且均隨著時間的延長呈先增強后減弱趨勢。Jing等［25］發(fā)現(xiàn)在水稻中過表達OsGSTU6會降低葉片內(nèi)Cd的積累，增加植株對Cd脅迫的耐受性。相反，敲除OsGSTU6會導致水稻葉片中Cd積累增加，并降低對Cd脅迫的耐受性。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)Cd脅迫下重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）和對照菌BL21 （pET30a）的生長均受到抑制且生長緩慢伴隨著一定的下降趨勢，但重組菌BL21 （pET30a-LmGSTU1）的生長速率和生長狀態(tài)明顯優(yōu)于對照菌BL21 （pET30a）。因此，我們推測浮萍LmGSTU1基因可能參與響應Cd脅迫，并在抵御菌株Cd脅迫中發(fā)揮重要作用。此外，本研究也發(fā)現(xiàn)隨著處理Cd濃度的增加，重組菌BL21 （pT30a-LmGSTU1）與對照菌BL21 （pET30a）的生長速率和生長狀態(tài)差異整體呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，推測LmGSTU1基因對于Cd的解毒效果具有一定限度，這一結論與周婉婷等［26］一致。

大腸桿菌原核表達系統(tǒng)是目前研究基因功能的重要手段。Li等［27］從煙草中分離出NtMT2F基因，并在大腸桿菌中異源表達NtMT2F基因，測定重組菌株在Cd脅迫下的生長模式、生長曲線和重金屬含量，結果表明NtMT2F基因的異源表達增強了大腸桿菌對Cd脅迫的耐受性。Peng等［28］發(fā)現(xiàn)NtGPX8a基因在大腸桿菌和轉基因煙草中的表達導致Cd積累增加，證實了其在增強Cd耐受性和積累方面的雙重作用。此外，吳海濤等［29］通過大腸桿菌Cd耐性和積累試驗，發(fā)現(xiàn)在Cd脅迫下SpHMA2重組菌的生長優(yōu)于對照菌，且其吸附量提高了2倍多。上述研究表明，在植物Cd脅迫處理時，可通過基因工程手段將目的基因在原核生物中表達，來提高大腸桿菌的耐受性，從而達到了解植物重金屬解毒的機制。本研究將LmGSTU1基因構建于質粒pET30a上，并將該重組質粒pET30a-LmGSTU1轉化到大腸桿菌BL21感受態(tài)細胞，通過IPTG的誘導，使得外源LmGSTU1基因在不同Cd濃度脅迫下表達。然而，浮萍體內(nèi)環(huán)境的復雜性比體外大腸桿菌BL21培養(yǎng)要更加復雜。因此，該基因在浮萍體內(nèi)的具體功能和作用機制，仍需本研究后續(xù)通過轉基因技術等試驗進一步探索。

綜上所述，本研究闡明了LmGSTU1基因在提高大腸桿菌BL21重金屬Cd耐受能力中的作用，即在適當Cd濃度的逆境脅迫下，該基因的表達可在一定程度上提高大腸桿菌BL21對重金屬Cd的耐受性，推測LmGSTU1基因可能參與大腸桿菌BL21對重金屬Cd脅迫的響應，為今后深入研究浮萍LmGSTU1基因的解毒機制奠定理論基礎。

（責任編輯：嚴秀芳）

作者簡介：婁遵義（2002—），女，漢族，貴州大學生命科學學院2021級生物科學專業(yè)本科生，E-mail：3132753637@qq.com.

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Cloning of Duckweed LmGSTU1 Gene and Analysis of Improving Cadmium Tolerance in Escherichia coli

Lou Zunyi1， Liu Zhaoju1， Bi Xingyi1， Ren Lili1， Yang Guili1，2*

（1.College of Life Sciences， Guizhou University， Guiyang 550025， Guizhou， China; 2.State Key Laboratory of Environmental Geochemistry， Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences， Guiyang 550025， Guizhou， China）

Abstract：

Glutathione-S-transferases （GST） are multifunctional enzymes encoded by a large gene family， which plays an important role in plant tolerance to heavy metal stress. The LmGSTU1 gene was amplified using cadmium enriched duckweed cDNA as a template， and further bioinformatics analysis of the LmGSTU1 gene was performed. The results showed that the LmGSTU1 gene， with two subfamily domains of GST-C and GST-N， had a total length of 675 bp and encode 224 amino acids. The LmGSTU1 protein was an acidic hydrophilic protein with negative charge and stability， containing 14 phosphorylation sites. The secondary structure of LmGSTU1 protein was mainly α-helix， without signal peptides or transmembrane regions. In addition， the prokaryotic expression recombinant plasmid pET30a-LmGSTU1 was constructed to explore the growth of recombinant strain BL21 （pET30a-LmGSTU1） under different concentrations of heavy metal Cd stress. The results showed that under the stress of 400 mg/L Cd， the growth rate difference between the two bacteria was most significant. The growth rate of recombinant strain BL21 （pET30a-LmGSTU1） was twice that of the control strain BL21 （pET30a）. It indicated that the expression of LmGSTU1 gene can enhance the tolerance of Escherichia coli BL21 to heavy metal Cd stress. The results of this study can lay a theoretical foundation for subsequent in-depth research on the detoxification mechanism of LmGSTU1 gene in duckweed.

Keywords：

LmGSU1 gene; duckweed; prokaryotic expression; bioinformatics analysis

接收日期：2024-10-22

基金項目：國家自然科學基金項目（32001203）; 貴州省科技計劃重點項目（黔科合基礎-ZK[2022]重點021）; 貴州大學實驗室開放項目（SYSKF2024-69）;貴州大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（gzusc2023113）

*通訊作者：楊貴利（1992—），女，博士，副教授，主要從事重金屬毒理與污染修復等研究，E-mail：glyang3@gzu.edu.cn.