1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
课题的意义：
随着现代经济社会的高速发展，工业生产中废气、废水的不断排放，以及日常生活中大量汽车尾气的排放，世界范围内很多地区农业土壤重金属污染尤其是镉（cd）污染日益加剧。cd 是环境中移动性和生物毒性最强的重金属之一，土壤中过量的cd会阻碍根系生长，引起呼吸作用、光合作用的代谢紊乱[1]。从而使植株形态、生理生化及结构发生改变，在可食部分的累积还会通过食物链影响到人体健康。
目前，因分子生物学技术的发展，对污染物的监测逐渐由宏观转向微观，能在分子水平上检测污染物对生物体的毒害作用。拟南芥因独特的生物学、遗传学以及分子生物学特性而成为当今植物科学研究的模式植物。特别是2000 年拟南芥全基因组测序的完成[2]，为拟南芥基因克隆与功能研究提供了更高的平台。因此，通过筛选镉敏感突变体，进一步克隆其突变基因，以期在分子水平上进一步探索镉胁迫下拟南芥解毒机制，为检测重金属污染对植物造成的损伤提供依据，提高植物的耐镉能力。
2. 研究的基本内容和问题
研究目标：
1) 获得拟南芥镉敏感突变株；
2) 克隆相关基因。
3. 研究的方法与方案
研究方法：
1) 获得拟南芥镉敏感突变体：EMS诱变法
2) 筛选突变体：量根长法
3) 生理验证：在镉处理下通过回交，杂交等方法比较突变株和野生型之间的差异
4) 克隆相关基因：图位克隆结合第2代测序
5) 验证基因与突变体表型相关：互补实验，将相关基因转入突变体，观察表型是否恢复。
技术路线：
确定突变基因 |
抑制条件下筛选镉敏感的突变株（即根长变短） |
回补实验验证基因功能 |
Gus载体构建进行组织定位 |
GFP标记亚细胞定位 亚细胞定位 |
基因表达水平分析 |
蛋白功能分析 |
其他分析 |
回交分离群体进行dCAPS位点分析 |
突变体与cad1-3回交得到F1，F1自交得到F2，分离群体，挑选与突变体表型一致的个体 |
突变体与Landsberg杂交得到F1，F1自交得到F2，分离群体，挑选与突变体表型一致的个体 |
基因粗定位 |
突变株回交，挑选与突变体表型一致的F2个体，测序 |
EMS诱变cad1-3获得M1代种子 |
镉梯度浓度试验确定筛选条件 |
实验方案：
1) EMS诱变处理拟南芥cad1-3种子，获得M1代种子，在抑制浓度下筛选对镉敏感的材料，收获M2代，挑选突变体材料单株收获并验证；
2) 突变体回交进行相关表型分析，验证显隐性，挑选与突变体表型一致的F2代个体进行基因测序；
3）突变体与Landsberg杂交得到F1，自交得到F2，通过分析突变位点与已知分子标记的连锁关系来确定突变基因的相对位置；
4）突变体与cad1-3回交，收获F1自交得F2，分离群体，挑选与突变体表型一致的个体，进行dCAPS位点分析；
5) 综合dCAPS位点分析及基因粗定位确定目的突变基因；
4. 研究创新点
特色或创新之处：
本实验的特色在于筛选突变体是利用根长的长短来判断，这种方法很新颖也比较快捷。相对于已知报道的根据具体的镉含量指标等而言，在初筛突变体时节约很大的精力和资源等。
之后做基因定位分析时，图位克隆、dcaps位点分析等手段都是利用了国际通过的一系列分析的方法手段，使得整个实验的可行度和可参考意义更加大了。除此以外，拟南芥这种模式植物上相关重金属基因转运的研究可以为其他植物的相关研究提供基础，为检测重金属污染对植物造成的遗传损伤提供依据。
5. 研究计划与进展
研究计划及预期进展：
2015.9-2015.10 学习ems诱变处理拟南芥种子的相关方法
2015.10-2015.12 进行已有突变体相关生理实验验证
