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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

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[成果与文献分享]

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

 楼主| xuyue_2017 发表于 2020-12-17 09:54  
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NMT作为生命科学底层核心技术,是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年,NMT已扎根中国15年。2020年,中国NMT销往瑞士苏黎世大学,正式打开欧洲市场。



基本信息
主题:血红素加氧酶诱导剂抑制BcIRT1转录降低小白菜Cd吸收
期刊:Environmental Pollution
影响因子:6.792
研究使用平台:NMT重金属创新平台
标题:Hemin-decreased cadmium uptake in pak choi (Brassica chinensis L.)seedlings is heme oxygenase-1 dependent and relies on its by-products ferrous iron and carbon monoxide
作者:南京农业大学崔瑾、苏娜娜

检测离子/分子指标
Cd2+

检测样品
小白菜根伸长区(距根尖8 mm根表上的点)和成熟区(距根尖16 mm根表上的点)


摘要

镉(Cd)是农田中的主要污染物,不仅极大地限制了农作物的生产,而且通过进入食物链还会给人类健康带来严重威胁。之前的研究表明,hemin处理可以减少小白菜幼苗中Cd的积累,然而其机制还不清楚。本研究使用非损伤微测技术(NMT)实时监测小白菜根部Cd2+流速,证明hemin处理可以降低植物对Cd的吸收,而不是Cd在植物体内发生转移。此外,研究通过比较小白菜幼苗、野生型拟南芥及heme oxygenase-1HO-1)突变体对不同化学处理的反应,证据了hemin是以HO-1依赖的方式降低Cd的吸收。此外,对hemin降解产物的分析表明,hemin对Cd吸收抑制可能通过抑制菜根中Fe2+/Cd2+转运体BcIRT1的表达来实现的。



离子/分子流实验处理方法

① 3日龄幼苗,10 μM hemin预处理1 d再用20 μM CdCl2处理20 min(hemin/Cd),对照为仅用20 μM CdCl2处理,不施加hemin预处理(-/Cd)
②  3日龄幼苗用无、10 μM hemin或10 μM ZnPP预处理1 d,用20 μM CdCl2处理20 min
③ 3日龄幼苗用无、10 μM Fe2+、10 μM CORM-3或10 μM BR预处理1 d,用20 μM CdCl2处理20 min



离子/分子流实验结果

采用NMT技术测定了小白菜根表面Cd2+流速的变化,探讨了氯化血红素(hemin)处理后,小白菜幼苗Cd含量是否由于Cd吸收减少而降低。在Cd胁迫下,小白菜根尖迅速吸收Cd2+,在伸长区的内流速率高于成熟区(图1E和G)。与对照组相比,氯化血红素预处理显著减少了Cd2+的内流,在伸长区和成熟区分别平均减少17.4%和18.5%(图1F和H)。因此,在Cd胁迫下,hemin处理降低了Cd的吸收,而不是Cd的运输。

图1. Hemin预处理对小白菜根尖不同区域的Cd2+净流速的影响

ZnPP预处理的小白菜幼苗根部Cd2+吸收速率在伸长区和成熟区分别显著提升了17.6%和6.5%(图2)。

图2.Hemin或ZnPP预处理对小白菜根尖不同区域的Cd2+净流速的影响
如图3所示,CO和Fe2+预处理显著降低了根系伸长区和成熟区对Cd的吸收。与该结果一致的是,CO和Fe2+预处理的幼苗中积累的Cd较少(图3)。相反,BR预处理呈现出与非预处理幼苗类似的Cd内流速率(图3)。综上,hemin降解的副产物CO和Fe2+可能是通过抑制Cd的吸收共同促进了Cd的耐受。

图3. Fe2+、10 μM CORM-3或10 μM BR预处理对小白菜根尖不同区域的Cd2+净流速的影响




其他实验结果

  • 与单纯Cd处理相比,hemin+Cd的处理显著降低了所有被测组织(地上部分、茎、叶等)中的Cd浓度。
  • 施用hemin并不影响Cd在整个植株体内的转移系数(translocation factor)。
  • ZnPP可以消除hemin对BcHO-1表达的诱导作用。
  • hemin+ZnPP的预处理未能消除Cd胁迫的影响,至少没有达到hemin单独预处理的程度。因此,hemin在Cd耐受性中的积极作用很可能依赖于HO-1活性。
  • hemin增强的HO-1依赖的Cd耐受性似乎在不同植物物种中具有保守性。
  • hemin降解产物(CO、Fe2+和BR)对Cd胁迫下植物生长的保护作用可能与hemin相似。
  • Cd胁迫和ZnPP预处理显著诱导BcITR1转录,而hemin、Fe2+和CO预处理抑制了BcITR1的表达。




结论

本研究发现,外源hemin的施用通过HO-1依赖的方式减少Cd的吸收,提高了Cd的耐受性。抑制Cd的吸收可能是依赖hemin的副产物Fe2+和CO,通过抑制BcIRT1转录来实现的



离子流实验使用的测试液

0.02 mM CdCl2 , 0.1 mM KCl , 0.3 mM MES , pH 6.0

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