我校科研团队在解析小麦汞胁迫机制方面取得新进展

发布时间: 2023-02-22 09:33:16 浏览次数 : 600 来源:河南农业大学

我校国麦中心康国章研究员团队和农学院郑旭教授团队联合解析了小麦响应Hg胁迫分子机制方面取得重要进展，研究成果以“Abscisic acid alleviates mercury toxicity in wheat (Triticum aestivum L.) by promoting cell wall formation”为题发表于国际top期刊Journal of Hazardous Materials(2023, doi: 10.1016/j.jhazmat.2023.130947,IF:14.224)上。

土壤重金属污染是全球污染面最大、最严重的环境问题之一。土壤中汞(Hg)主要来自于工业废物排放、生活垃圾、含Hg农药和化肥的使用等，是三大重金属污染之一，是环境保护的难点和热点。小麦是最重要的口粮作物，它的安全生产对国民经济发展和人民生命健康具有重要意义。土壤中Hg过量会降低小麦种子萌发率，严重抑制小麦植株生长，大幅减少小麦籽粒产量，特别是Hg通过小麦籽粒进入食物网或残留物通过其它途径最后进入食物网，严重危害人类健康，因此，解析小麦响应Hg胁迫的分子机理和寻找减轻小麦Hg污染的方法具有重要意义。

在前期研究中，该团队从细胞、生理和分子水平上揭示了小麦响应Hg胁迫的机制，发现Hg胁迫能造成细胞壁破裂和质膜解体，线粒膜部分消失内容出现空腔，叶绿体基质和基粒片层结构受到破坏;iTRAQ蛋白组学鉴定出了249个差异蛋白，主要涉及了碳水化合物的合成，多数差异蛋白在信号通路中关联到激素ABA，表明ABA是小麦响应Hg胁迫的重要信号分子(Kang et al., Journal of Proteome Research, 2015, 14: 249-267)。

为解析ABA介导小麦响应Hg胁迫的分子机理，在本研究中，该团队进一步发现ABA均能显著增强8个冬春性不同小麦品种Hg耐受性;ABA调控不同冬春性类型小麦品种Hg耐受性在形态与生理机制(植株根叶表型、Hg在器官间积累、活性氧、抗氧化酶活性等)方面存在一定差异;转录组测序结果表明，ABA在不同类型小麦品种间改变的基因表达谱也存在较大差异，但均能显著诱导木聚糖酶抑制剂等纤维素合成相关基因的表达量，且显著抑制纤维素降解酶等纤维素降解相关基因的表达量;并且施用ABA能显著提高纤维素和半纤维素含量，从而有利于增加细胞壁厚度。这些结果表明，ABA可通过调控纤维素的合成，增强小麦对Hg胁迫的抵抗能力。研究结果对小麦耐Hg关键基因的挖掘、耐Hg小麦品种筛选和Hg污染修复剂的研发等方面具有重要意义。

我校作物学学科2019级博士生汪金玺为论文第一作者，郑旭教授、康国章研究员为共同通讯作者，郑兰杰、高洁、王永华、李鸽子、王鹏飞等老师为此项工作做出了重要贡献，研究生付一涵、计丽、王长愉、苑沙沙、杨静雨、刘金参加了部分研究工作。

图1ABA处理后Hg胁迫小麦植株差异表达基因的层次聚类树(A)和模块(B)。A，每个分支代表一个基因，不同颜色代表不同模块;B，MEdarkorange模块中基因在ABA处理后Hg胁迫小麦植株中上调表达，该模块包含木聚糖酶抑制剂基因。

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