产品展示

Products Classification

4连发,西南科大多组学对重金属元素对植物的毒性机理研究

  • 产品时间:2022-04-19 09:53
  • 价       格:

简要描述:4连发,西南科大多组学对重金属元素对植物的毒性机理研究 媒介 继2019年10月、2020年5月、2020年6月,欧易/鹿明生物互助客户西南科技大学情况与资源学院罗学刚课题组第四次在Journal of Hazardous Materials杂志(影响因子9.038)颁发文章。...

详细介绍
本文摘要:4连发,西南科大多组学对重金属元素对植物的毒性机理研究 媒介 继2019年10月、2020年5月、2020年6月,欧易/鹿明生物互助客户西南科技大学情况与资源学院罗学刚课题组第四次在Journal of Hazardous Materials杂志(影响因子9.038)颁发文章。

leyu乐鱼体育官网

4连发,西南科大多组学对重金属元素对植物的毒性机理研究 媒介 继2019年10月、2020年5月、2020年6月,欧易/鹿明生物互助客户西南科技大学情况与资源学院罗学刚课题组第四次在Journal of Hazardous Materials杂志(影响因子9.038)颁发文章。名为“Analysis of accumulation and phytotoxicity mechanism of uranium and cadmium in two sweet potato cultivars”的文章,通过转录组学技能,深入地研究了重金属元素铀和镉对植物的毒性机制。中文标题:两种番薯品种中铀和镉积聚及植物毒理机制研究 研究对象:番薯 颁发期刊:Journal of Hazardous Materials 影响因子:9.038 互助单元:西南科技大学情况与资源学院 颁发时间:2020年12月30日 运用生物技能:转录组学 研究配景 铀(U)和镉(Cd)是典型的核工业污染物,它们被植物接收和积聚、进入食物链并在人体中富集。

铀和镉在植物器官(根、茎和叶)的积聚和转移差异与品种有较大相关性。作为重要的粮食作物,番薯的根部块茎是主要的食用部位,也是重金属蓄积的重要部位。相识番薯中U和Cd的接收,运输和毒性机理对于减少因U和Cd过量积聚而引起的潜在康健风险很是须要。

在前面的文章中研究了铀和镉对番薯代谢程度的影响,但在转录组程度上对番薯根的接收,转运和对U和Cd的植物毒性反映机制仍不清楚。因此本研究从亚细胞布局、生理代谢和转录组角度论述了两种积聚型番薯对U和Cd的接收、转运和毒性反映机理。

研究思路 展开全文 研究方法 1.尝试质料与分组 (1)质料:高积聚型紫色和低积聚型普通番薯幼苗(营养液中造就)。(2)四个处置惩罚组:对照组(对照组,仅营养液),U袒露组(铀浓度25μM),Cd袒露组(Cd浓度25μM),以及U-Cd结合袒露组(铀和镉浓度各25μM),袒露时间72小时(3天)。2.根布局和元素含量阐发 (1)根微观布局:扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和能量色散光谱仪(EDS)、红外光谱阐发(FT-IR)。

(2)根部矿物质元素:铀238(ICP-MS),钾、钙、钠、铁、镁、锰、锌、铜和镉(原子接收),磷(Mo-Sb比色法),每组三个生物学反复。(3)铀和镉的化学形态和亚细胞漫衍阐发 (4)光合参数(光合速率、气孔导度、细胞间CO2浓度和蒸腾速率),叶绿素和脯氨酸含量阐发。

3.转录组尝试 (1)转录组阐发:提取幼苗根RNA和转录组测序,每组三个生物学反复; (2)qRT-PCR验证:随机选择10个DEG; 研究成果 1.铀和镉对植物生长和根系微布局的毒性感化 无论是铀还是镉袒露(U,Cd和U + Cd处置惩罚)对两个番薯品种都有明明的毒性感化,比方抑制根系生长和导致植物灭亡。U和Cd的毒性显著抑制了两个番薯的主根和侧根的生长。颠末处置惩罚的番薯根部气生生物量、根生物量等数据(表1)都有明明下降。表1 |袒露于铀、镉对两个番薯根长和生物量的影响 根部病理切片显示,铀显著粉碎了番薯根细胞层,SEM和EDS成果表白两个番薯品种的根中都富集了高浓度的U和Cd(图1),TEM阐发表白,U和Cd明明粉碎了两个番薯的根细胞布局。

图1 | 铀、镉袒露对两种番薯根系生长,组织布局和超微布局的影响 2.铀和镉在亚细胞漫衍形式和化学形态 两个品种中U和Cd主要在根积聚。紫色品种的U和Cd积聚能力比普通品种更强。

但在两个品种中,镉的转运能力都比铀强(表2),而且根中U和Cd的亚细胞漫衍明明差别。表2 |番薯中铀和镉的接收和转运特性 铀主要漫衍在细胞壁,镉漫衍的差异为细胞壁>细胞可溶性身分>细胞器(图2)。两个品种铀的化学形态主要是不溶物形式(图2C)。

紫色品种根中的镉的化学形态主要为可溶性NaCl。FT-IR阐发显示两个品种中的U和Cd光谱很是相似。

图2 | 番薯根中铀和镉的亚细胞漫衍(A,B),化学形态(C,D)和FT-IR透射光谱(E,F)特征阐发 3.铀和镉对矿质元素接收和转运的影响 铀和镉袒露对两个品种的钙、磷、铁、锰和锌元素的接收都有显著影响(图3)。但主身分阐发(PCA)显示两个番薯品种的矿物质代谢存在显著差异。热图聚类阐发成果表白,紫色番薯中U和Cd的毒性显著抑制根中Fe,Zn,P,Mn的向植物茎叶的转移(图3K)。

与紫色番薯比拟,普通番薯中矿质元素的迁移特征没有明明变化(图3L)。图3 | 铀和镉袒露对番薯矿质养分代谢的影响 4.铀、镉袒露对番薯光互助用和脯氨酸代谢的影响 图4所示,在单独或组合袒露于U或Cd后,两个品种的光合代谢均被显著抑制。紫色和普通番薯中光合参数Pn,E,Gs和Ci显著降低,证实了番薯的光互助用碳代谢途径被U和Cd毒性粉碎。

叶绿素荧光参数表白,U和Cd毒性也显著抑制Fv / Fm、Y(II)、ETR、qP和NPQ参数(图4E-I),但紫色番薯的叶绿素含量(叶绿素a/ b)明明高于普通番薯。铀和镉结合毒性也导致番薯叶绿素含量显著降低(图4J,K)。紫色品种的脯氨酸积聚量高于普通品种。

单独使用Cd和U + Cd处置惩罚可显著增加两个品种根中脯氨酸的积聚(图4L),这表白脯氨酸可能在调治番薯对Cd毒性的生理反映中起重要感化。图4 | 铀和镉袒露对两个番薯光互助用参数、叶绿素荧光参数、叶绿素含量和脯氨酸含量的影响 5.转录组阐发和KEGG富集途径阐发 PCA阐发显示,无论是单独还是结合袒露于U或Cd,两个品种的转录组谱都产生了变化(图5A)。由于U和Cd积聚较高,紫色品种的DEG数量显著高于普通品种(图5B)。与单一的U或Cd胁迫比拟,在结合胁迫中两种番薯品种的DEG数量险些翻倍(图5B,C),表白植物对U和Cd的响应模式可能存在差异。

图5 | 铀、镉袒露下两个番薯转录组的PCA阐发 (A)注释成果统计; (B/C)差异表达基因统计; (D/E)维恩图阐发; 当植物袒露于铀时,紫色番薯中的DEGs富集途径包括核糖体、光合成触角卵白、苯丙烷类生物合成、光互助用、玉米素卵白合成和氮代谢途径。(图6A),而普通番薯中的DEGs富含核糖体和光互助用途径(图6D)。镉袒露下紫色品种的DEGs在35种途径中显著富集,如苯丙烷类生物合成、α-亚麻酸代谢和类黄酮生物合成途径(图6B),而普通番薯DEGs显著富集的途径包括核糖体、苯丙烷类生物合成、谷胱甘肽代谢以及倍半萜和三萜类生物合成途径(图6E)。

铀和镉组合袒露下,紫色番薯的DEGs富集在27种代谢途径(图6C),而普通番薯的DEGs则有9种代谢途径(图6F)。在本研究中,DEGs的KEGG富集途径证实了两种植物品种之间U和Cd响应模式的差异。

图6 | 差别袒露程度下KEGG途径中两种番薯根DEG富集的气泡图阐发 6.红薯对U和Cd毒性的防御机制 如图7所示,U和Cd袒露显著诱导了番薯防御相关基因表达,包括植物激素信号转导、MAPK信号转导、抗氧化剂物质或酶以及防御相关转录因子。这些基因的表达上调以抵挡U和Cd毒性。

氧化还原、过氧化物酶和谷胱甘肽-s-转移酶基因家族的表达模式上调,可以减轻细胞的过氧化损伤,提高对U和Cd毒性的抵挡力。图7 | 使用Mapman软件对番薯根对铀和镉毒性的防御反映网络举行可视化阐发 细胞壁是抵挡U和Cd毒性的第一个障碍,是U和Cd 胁迫下RNA-seq漫衍的主要部位。U和Cd袒露会滋扰细胞壁布局卵白、果胶酸裂解酶和细胞合成的RNA表达,导致细胞壁合成和修复异常(表3)。

表3 | 铀、镉袒露对细胞壁布局中卵白质相关基因表达的影响 7.两个番薯品种中转运卵白的反映差异 通过将DEGs映射到无机离子迁移和有机化合物迁移途径,研究了番薯转运卵白基因对三种袒露处置惩罚的响应机制。所有处置惩罚均显著改变了两个番薯品种中转运卵白相关基因的表达模式(图8)。

对于有机化合物转运,在两个番薯品种的所有三种处置惩罚中,涉及糖、核苷酸、氨基酸、寡肽和脂质的转运卵白基因均异常表达(图8)。因此两个番薯品种中矿质元素代谢失衡的机理与番薯植物单独或结合袒露于U或Cd后涉及有机/无机转运卵白相关基因的异常表达方式有关。图8 | 铀和镉袒露对无机离子和有机化合物中转运卵白相关基因表达模式的影响 相关接头 本研究发明袒露于U或Cd会导致番薯生物量减少并抑制幼苗生长,U和Cd毒性具有明明的结合感化(表1和图1)。

病理切片成果证实,铀可粉碎番薯根尖的边沿细胞;SEM和EDS成果也表白,根外貌的U含量明明高于Cd(图1A,B)。可能的原因是根部有机酸或无机酸与铀离子联合形成不溶化合物。

根细胞超微布局成果表白,袒露于U和Cd后根细胞的形状、巨细、细胞器漫衍和细胞壁布局显著变化(图1C,D),表白根细胞布局被粉碎是根坏死的主要原因。虽然U和Cd对两种番薯根均有毒性感化,但粉碎水平差别,可能与两个品种根中U和Cd的积聚及解毒能力有关(表2)。植物中U和Cd的亚细胞漫衍和化学形式直接影响这些元素在植物中的毒性。比方铀在根的细胞壁,细胞器和细胞质的漫衍比例为8:2:1;镉主要漫衍在植物细胞壁和可溶性身分中。

本研究发明细胞壁是铀最重要的积聚位点,当大部门铀被细胞壁阻塞时很难迁移到植物的地上部门。细胞壁和液泡是Cd的主要积聚部位,Cd在细胞器的漫衍减少也减轻了Cd对植物的毒性(图2A,B)。在本研究中,两个番薯品种之间的U和Cd通报系数差异是由于根中U和Cd的化学形式差别所致。

番薯中U的迁移系数比Cd的迁移系数低,是因为U以草酸盐等不溶物形式存在于根中(表2)。紫色番薯的根中水溶性和NaCl可提取形式的Cd含量高于普通番薯,表白紫色品种中Cd的生物操纵度更高(图2C,D)。根部高浓度的U和Cd积聚与矿质养分的代谢有明明的协同感化(图3A-J)。紫色番薯处置惩罚组对铁,磷,锌和锰的转运能力显著降低(图3K,L),而植物地上部门的叶绿素荧光参数下降表白U和Cd粉碎了光系统II的布局和电子传输链,是U和Cd对紫色品种抑建造用更强的直接原因,解释了紫色品种生物量较低的原因(图4A–K)。

leyu乐鱼体育

本研究通过RNA-seq和生物信息学阐发得到番薯根的高质量单基因数据库(图5)。PCA显示U,Cd改变了根的转录谱,表白根在转录组程度上对U,Cd毒性有反映(图5A)。

在两个品种中细胞壁和植物激素信号转导途径均对U或Cd毒性作出反映。与细胞壁布局相关的代谢物或功效卵白的基因被显著抑制。番薯中脱落酸(ABA)、乙烯、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)介导的信号转导途径的基因表达被上调以抵挡U和Cd毒性。生长素信号转导途径基因表达的失衡可能导致番薯异常生长(图7)。

重金属接收进入植物的途径主要取决于阳离子转运卵白或根细胞中的通道。在本研究中,两个番薯品种的矿质养分代谢(图3)和光合代谢(图4)的差异是U和Cd积聚差异的原因之一。两个番薯品种根部的无机离子转运卵白和有机化合物转运卵白对U和Cd毒性均敏感(图8)。

糖、脂质、核苷酸和氨基酸等代谢物的有机化合物转运卵白的基因表达失衡可能会导致番薯中的低级代谢异常。铀和镉袒露也显著改变了钾、钙、磷、硫和氮运动相关的转运卵白基因的表达方式,可能是这些植物中矿物质营养代谢异常的原因。

紫色品种中与无机离子转运卵白相关的上调基因的数量显著大于普通品种,表白可能更有效的转运能力是紫色番薯中U和Cd积聚高的原因。尝试结论 本研究为展现番薯(Ipomoea batatas L.)根系袒露于有毒程度的铀(U)和镉(Cd)后的植物毒性机制,选择了两个蓄积型番薯品种作为尝试质料。

通过水培尝试阐发了铀和镉积聚和生理代谢的差异。高浓度的铀和镉抑制了番薯的生长发育,粉碎了根的微观布局。番薯中铀和镉主要积聚在根部,根细胞壁和液泡(可溶性身分)是铀和镉的主要漫衍部位。两个番薯品种中铀化学形式为不溶性和草酸盐化合物,而镉主要与果胶和卵白质联合。

铀和镉改变了根部正常的矿物质营养代谢,也显著抑制番薯的光合代谢。RNA-seq显示,在两个品种中细胞壁和植物激素信号转导途径均对铀和镉毒性发生响应。两个番薯品种根部的无机离子转运卵白和有机化合物转运卵白对铀和镉毒性敏感。

小鹿推荐 西南科技大学在植物重金属胁迫研究方面渐入佳境,在之前两种重金属元素(铀和镉)的基础上,本研究增加了差别品种番薯的样本,而且首次考查了两种重金属元素在差别细胞亚布局上的化学形态与含量差异,将重金属研究的深度晋升到了元素形态程度。而转录组学在毒性机制研究中发挥了关键感化,联合多种根表观尝试成果,证实了两种重金属元素粉碎番薯根细胞布局的差异性和深条理的应答机制,其研究水平和思考的深入性,可作为海内该范畴研究的经范例例。文末看点 上海鹿明生物科技有限公司,一直专注于生命科学和生命技能范畴,是海内早期开展以卵白组和代谢组为基础的多层组学整合尝试与阐发团队。本篇是罗老师课题组在Journal of Hazardous Materials颁发的第4篇重金属对于植物胁迫方面的研究~其余3篇文章详情请见以下 【多组学深度解读】客户文章 | 西南科技大学运用多层组学整合阐发对植物铀毒性机制研究 项目文章 | 接踵而来,西南科技大学罗学刚团队再发多组学植物铀毒性机制结果 项目文章 | 连中三元!恭喜西南科技大学罗学刚组代谢组学研究再登情况顶级期刊 接待百度搜索鹿明生物——会见鹿明生物官方网站 ●获取本文原文 ●咨询卵白组学+代谢组学技能 ●探讨尝试研究方案 ●鹿明生物技能工程师在线与您相同 lumingbio 参考文献: 1.Berni, R., Luyckx, M., Xu, X., Legay, S., Sergeant, K., Hausman, J.-F., Lutts, S., Cai, G., Guerriero, G., 2019. Reactive oxygen species and heavy metal stress in plants: impact on the cell wall and secondary metabolism. Environ. Exp. Bot. 161, 98–106. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2018.10.017. 2.Bolger, A.M., Lohse, M., Usadel, B., 2014. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics 30, 2114–2120. https://doi.org/10.1093/ bioinformatics/btu170. 3.Huang, F., Zhou, H., Gu, J., Liu, C., Yang, W., Liao, B., Zhou, Hang, 2020a. Differences in absorption of cadmium and lead among fourteen sweet potato cultivars and health risk assessment. Ecotoxicol. Environ. Saf. 203, 111012 https://doi.org/10.1016/j. ecoenv.2020.111012. 4.Park, S.C., Kim, Y.H., Ji, C.Y., Park, S., Jeong, J. cheol, Lee, H.S., Kwak, S.S., 2012. Stable internal reference genes for the normalization of real-time PCR in different sweetpotato cultivars subjected to abiotic stress conditions. PLoS One 7. https://doi. org/10.1371/journal.pone.0051502. 5.Xin, J., Zhao, X., Tan, Q., Sun, X., Hu, C., 2017. Comparison of cadmium absorption, translocation, subcellular distribution and chemical forms between two radish cultivars (Raphanus sativus L.). Ecotoxicol. Environ. Saf. 145, 258–265. https://doi. org/10.1016/j.ecoenv.2017.07.042. 猜你还想看 ◆盘货 | 2020国际顶级期刊生命科学、医学、农学范畴的重大冲破 ◆盘货 | 医学偏向2020年度最佳项目文章TOP5,总影响因子:61.414 ◆年度盘货 | 植物偏向TOP10项目文章大锦集 ◆2019-2020年CNS卵白质组学研究大盘货!看看都有哪些上榜 END 文章来历于鹿明生物返回,检察更多。


本文关键词:leyu乐鱼体育,4连发,西南,科,大多,组学,对,重,金属元素

本文来源:leyu乐鱼体育-www.laurent-creative.com

 


产品咨询

留言框

  • 产品:

  • 留言内容:

  • 您的单位:

  • 您的姓名:

  • 联系电话:

  • 常用邮箱:

  • 详细地址:


推荐产品

Copyright © 2002-2022 www.laurent-creative.com. leyu乐鱼体育科技 版权所有 备案号:ICP备66939750号-9

在线客服 联系方式 二维码

服务热线

0599-113530671

扫一扫,关注我们