隨著全球工農業的快速發展,土壤重金屬污染已經成為世界性的環境問題。植物修復被認為是治理重金屬污染土壤最具發展潛力的一種綠色修復技術。馬藺(Iris lactea var. chinensis)是一種鳶尾屬多年生植物,其生長速度快、生物量大、抗逆性和水土保持能力強、觀賞及造紙等工業利用價值高。觀賞植物研究中心鳶尾甜菊組通過生理學分析發現,馬藺具有較強的重金屬鎘(Cd)耐性和積累能力,在Cd污染地土壤修復、綠化及資源開發中具有重要的應用潛力,同時也是研究植物響應Cd脅迫機制,發掘優良Cd耐性和積累相關新基因的重要材料。蛋白質是基因功能的最終體現者,為深入研究馬藺響應Cd脅迫分子機制,發掘馬藺Cd耐性和積累關鍵蛋白,課題組利用Label-free定量蛋白質組學技術對Cd處理下馬藺蛋白質表達水平進行了分析,分別在地上部和根系中鑒定到163和196個差異表達蛋白。這些差異表達蛋白主要具有信號轉導、離子轉運、氧化還原等功能,并參與氨基酸合成、木質素合成、甘油脂代謝和谷胱甘肽代謝等途徑。其中一個甘露糖特異凝集素(mannose-specific lectin,IlMSL)只在馬藺根中受Cd誘導表達。通過在酵母中表達IlMSL基因發現,馬藺IlMSL可以提高酵母對Cd的敏感性,并增加了酵母體內的Cd含量,暗示馬藺IlMSL可能在調控Cd脅迫響應中起重要作用。本研究首次在蛋白質水平上研究了馬藺對Cd的響應,并發掘了多個新的Cd響應相關蛋白。研究結果將進一步加深對馬藺Cd耐性和積累機制的理解,同時為Cd高積累和高耐Cd植物新種質的創新培育和研究奠定理論基礎,最終為Cd污染土壤的高效修復提供優良的修復型植物新材料。

  上述研究結果近日以題為“Quantitative proteomic analysis reveals complex regulatory and metabolic response of Iris lactea Pall. var. chinensis to cadmium toxicity”發表在國際環境科學與生態學領域TOP期刊Journal of Hazardous Material。鳶尾甜菊組的劉清泉博士為論文第一作者,原海燕副研究員和美國麻省大學阿默斯特分校Om Parkash Dhankher教授為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學基金青年項目(41907135)、江蘇省自然科學基金青年項目(BK20180317, BK20180314)、江蘇省植物資源研究與利用重點實驗室開放基金(JSPKLB201843)以及江蘇省重點研發計劃(BE2018715)等項目的資助。

  論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123165

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