JHM南农崔瑾:NMT发现氢气提升Zn抑制植物吸Cd速率 为氢气调节锌/铁转运蛋白的离子吸收偏好→降低镉积累提供证据
基本信息
主题:NMT发现氢气提升Zn抑制植物吸Cd速率 为氢气调节锌/铁转运蛋白的离子吸收偏好→降低镉积累提供证据
期刊:Journal of Hazardous Materials
影响因子:9.038
研究使用平台:NMT重金属创新平台
标题:IRT1 and ZIP2 were involved in exogenous hydrogen-rich water-reduced cadmium accumulation in Brassica chinensis and Arabidopsis thaliana
作者:南京农业大学崔瑾、吴雪
检测离子/分子指标
Cd2+
检测样品
① 小白菜根伸长区(距根尖600 μm根表上的点)和成熟区(距根尖1600 μm根表上的点)
② 拟南芥根伸长区(距根尖200 μm根表上的点)和成熟区(距根尖600 μm根表上的点)
通过Cd(镉)浓度,Cd2+荧光染色,NMT(非损伤微测技术)对Cd吸收进行分析,结果表明,HRW(hydrogen-rich water,富氢水)在降低小白菜幼苗根部对Cd的吸收方面具有显著的积极作用。BcIRT1(铁调节转运蛋白1)和BcZIP2(锌调节转运蛋白2)是小白菜中主要的Cd转运蛋白,但它们在HRW减少Cd吸收过程中的作用仍然未知。本研究验证了IRT1和ZIP2在白菜和拟南芥中HRW减少Cd吸收中的功能。在拟南芥中的异源和同源表达表明,HRW显著降低了野生型(Col-0)和转基因拟南芥IRT1和ZIP2中的Cd含量,但irt1和zip2突变体除外。NMT检测表明,HRW不仅降低了Cd2+在WT和转基因株系根部的内流,而且增强了Zn和Cd之间的竞争。综合来看,HRW诱导的植物Cd积累减少可能是通过抑制BcIRT1和BcZIP2的表达,影响BcIRT1和BcZIP2对离子吸收的偏好性导致的。
离子/分子流实验处理方法
预处理
① 2日龄小白菜幼苗在0、50% HRW中处理1 d
② 15-17日龄拟南芥幼苗在0、50% HRW中处理1 d
实时处理
6.25 μM/L FeSO4 或7.5 μM/L ZnSO4实时处理10日龄拟南芥幼苗
HRW预处理使小白菜根伸长区和成熟区Cd2+流速分别降低了21.01%和31.97%(图1)。
图1. 50 μM Cd处理下HRW预处理对小白菜根部伸长区(A, C, E)和成熟区(B, D, F)Cd2+流速的影响。正值代表离子外排,负值代表离子吸收。
其他实验结果
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HRW缓解了50 μM Cd胁迫对白菜生长的抑制作用。
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HRW抑制了白菜对Cd的吸收能力,最终导致Cd积累量降低。
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HRW抑制BcIRT1和BcZIP2的转录水平。
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HRW缓解了Cd对转基因拟南芥的毒性。
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HRW降低了转基因拟南芥的Cd积累。
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HRW降低转基因植物铁的浓度、提高锌的浓度。
结论
本研究为阐明HRW降低白菜Cd积累的分子机制提供了新的见解。HRW能够降低参与Cd吸收的BcIRT1和BcZIP2的转录水平。此外,HRW还可影响Cd暴露下白菜和拟南芥中Fe和Zn的积累,改变Zn和Cd之间的竞争力。虽然HRW直接通过何种途径调控BcIRT1和BcZIP2尚不清楚,但本研究证实了BcIRT1和BcZIP2在HRW抑制Cd积累中的作用,这对阐明HRW在植物胁迫应答中的生理功能具有指导意义。
测试液
50 μM CdCl2, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 6.0
崔瑾教授前期NMT成果:
南农PP:NMT主导钙依赖的活性氧信号介导富氢水促根系拒镉的研究| NMT活性氧创新科研平台
EP南农崔瑾:血红素加氧酶诱导剂抑制BcIRT1转录降低小白菜Cd吸收
NMT仪器信息
文章原文
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124599
标签: BcIRT1, BcZIP2, Cd2+, HRW, 小白菜, 拟南芥, 植物类, 离子吸收, 镉