農科院煙草所：NMT發現與紅花煙草相比黃花煙草根系吸鎘速率更大推測其具備土壤修復潛力

基本信息

主題：NMT發現與紅花煙草相比黃花煙草根系吸鎘速率更大推測其具備土壤修復潛力

期刊：Physiologia Plantarum

影響因子：4.148

研究使用平臺：NMT煙草品質創新平臺

標題：Comparative transcriptome combined with biochemical and physiological analyses provide new insights toward cadmium accumulation with two contrasting Nicotiana species

作者：中國農科院煙草研究所劉海偉、張彥、石屹、晁江濤

檢測離子/分子指標

Cd²⁺

檢測樣品

煙草根，距根尖頂端0、200、500、800、1100、1400、1700、2000 μm 根表上的點。

眾所周知，鎘（Cd）是環境中毒性很大的重金屬元素之一，對動植物的生長造成嚴重傷害。本研究對CdCl₂處理后的黃花煙草（Nicotiana rustica）和紅花煙草（Nicotiana tabacum）進行了生理、生物化學和轉錄組分析，以了解Cd積累的潛在分子機制。結果表明，黃花煙草的干重高于紅花煙草。此外，與紅花煙草相比，黃花煙草的根部積累更高的Cd濃度（69.65倍）、Cd²⁺內流速率（1.32倍），具備較高的谷胱甘肽S-轉移酶（GST）酶活性（2.54倍）、GSH/GSSG（GSH的氧化形式）比率、超氧化物歧化酶和CAT活性以及較低的H₂O₂和超氧化物（O₂^?-）積累。Cd主要分布在兩個物種的細胞質中，而在黃花煙草中，Cd在細胞壁中分布比例很大。此外，轉錄組分析顯示，Cd處理后在黃花煙草的葉片和根部分別有173個和710個差異表達基因（DEGs），而在紅花煙草的葉片和根部分別發現了576和1543個差異基因。在黃花煙草中，苯丙素生物合成和苯丙氨酸代謝是最明顯的富集通路，而在紅花煙草中，GSH代謝、ATP結合盒超家族轉運蛋白和苯丙素生物合成是最明顯的富集通路。最后，研究發現與金屬內流、區隔化、再活化和螯合作用有關的DEGs是Cd積累的主要原因。這些結果表明，黃花煙草比紅花煙草積累更高的Cd含量，在相同的Cd處理條件下，不同物種有不同的響應機制。本研究中確定的DEGs可能有利于確定與Cd調控有關的基因或途徑，明確與Cd積累有關的重要調控因子。

離子/分子流實驗處理

50 μM CdCl₂處理24 h

為了了解兩個物種是否具有不同的根部吸收Cd的能力，用非損傷微測技術（NMT）來研究50 μMCdCl₂處理下根部的Cd²⁺流速。通過對距離根尖頂端0~2000 μm區域的8個點進行測量，發現50 μM CdCl₂處理可在這一區域內引起穩定的Cd²⁺內流（圖1）。這兩個物種表現出相同的流速變化趨勢。與根尖（0 μm）的流速相比，流速在200 μm處首先增加，然后在500 μm處迅速減少，在隨后的點上又慢慢增加（圖1）。研究選擇了距離根尖500 μm處進行后續的檢測，因為在該位點可以觀察到強烈的Cd²⁺流速。兩個物種之間存在著顯著的點內流差異。黃花煙草（49.0673 pmol cm^-2s^-1）的根部表現出比紅花煙草（37.2259 pmol cm^-2s^-1）高1.32倍的Cd²⁺內流速率，這表明黃花煙草的根部比紅花煙草的根部具有更大的Cd吸收能力。

其他實驗結果