转录和代谢组联合揭示龙葵对Cd胁迫反应的解毒和耐受分子机制

听健世界

本研究发现Cd会显著抑制植物生长，并增加Cd的转运系数和根细胞壁厚度，同时破坏叶细胞中叶绿体的超微结构。

派森诺生物与上海交通大学携手合作，于近期在《Journal of Hazardous Materials》上发表了龙葵对 Cd 胁迫反应的解毒和耐受分子机制的研究成果。

       土壤重金属污染已成为世界性的环境问题。在所有重金属中，Cd因其强溶解性、流动性和毒性被广泛研究。Cd 在植物组织中很容易被吸收、运输和积累。因其无法被生物降解，在植物中会长期存在。而且由于食物链污染，对人类和动物健康也会构成潜在威胁。因此，对重金属污染（尤其是Cd）土壤进行修复治理势在必行。

       龙葵（Solanum nigrum L.）是一年生或多年生杂草植物，具有快速生长和镉超积累特性。大量研究探索了龙葵对镉胁迫反应的形态和生理生化机制，包括生物量、植物螯合素（PCs）合成、光合色素、抗氧化系统和有机酸分泌等。之前的研究表明，随着 Cd 浓度的增加，龙葵幼苗的细胞壁成分也会发生变化。然而，龙葵细胞壁对镉胁迫反应的潜在分子机制仍不清楚。

       本研究利用细胞学以及转录组和代谢组学的联合分析，为龙葵对 Cd 胁迫反应的分子机制提供新的见解。假设不同浓度的 Cd 会引起与龙葵细胞壁相关的一些基因和代谢物的异常表达。研究的目的是（a）观察不同Cd 胁迫下龙葵组织的Cd 积累位点和细胞超微结构的变化；（b）确定关键的 Cd 胁迫响应差异表达基因（DEGs）/代谢物（DEMs）及其相关的代谢通路；（c）揭示龙葵对 Cd 胁迫反应的解毒和耐受分子机制。

研究思路

研究结果

1.镉胁迫下根代谢物变化

       为阐明龙葵根在不同 Cd 胁迫下的反应机制，采用非靶向代谢组学 (LC-MS) 分析方法，以确认与根固定Cd相关的差异代谢物。多元统计分析 PCA和OPLS-DA结果显示，对照组和Cd处理组有明显分离（图1），而不同剂量的Cd处理组在OPLS-DA中也明显分开（图1b）。以上结果表明，在不同浓度的镉胁迫下，根的代谢物组成存在显著差异。所有组中共鉴定出 361 个代谢物，其中有128个是五组中常见的差异代谢物（DEM，VIP>1和 P

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