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旭月NMT简报---关键词搜索:

EES东农周爱民、乔坤:NMT发现低Cd耐受性黑麦草吸Cd更强具备土壤重金属修复潜力

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

微信图文链接

 

Cd、Pb、Cu等测样服务


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。


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基本信息

主题:NMT发现低Cd耐受性黑麦草吸Cd更强具备土壤重金属修复潜力

期刊:Ecotoxicology and Environmental Safety

影响因子:4.872

研究使用平台:NMT重金属创新平台

标题:Comparison of cadmium uptake and transcriptional responses in roots reveal key transcripts from high and low-cadmium tolerance ryegrass cultivars

作者:东北农业大学周爱民、乔坤、王金刚

 

检测离子/分子指标

Cd2+

 

检测样品

黑麦草根(分生区和伸长区)
 

 

中文摘要(谷歌机翻)

        严重影响植物生长和作物生产的镉(Cd)对人体有害。前人研究表明,黑麦草(Lolium multiphylla Lam.)表现出对Cd的耐受性,由于其分布较广,可能作为潜在的超积累植物进行应用。本研究调查比较了高(LmHC)和低(LmLC)Cd耐受性的2个黑麦草品种对Cd胁迫的生理和转录响应。在不同Cd浓度下,LmHC对Cd的耐受性均大于LmLC。伊文思蓝(EB)染色结果显示,Cd处理12 h后,LmLC中Cd诱导的根细胞死亡率高于LmHC。而且在Cd胁迫下,LmLC根系中Cd的含量和内流速率均大于LmHC根系。RNA测序和实时定量PCR数据表明,Cd转运调节基因(ABCG37ABCB4NRAMP4HMA5)在LmLC和LmHC根系间存在差异表达。这种表达水平的多样性可能有助于LmLC和LmHC在Cd积累和转运上的差异。这些发现可能有助于阐明黑麦草响应Cd毒害的生理和分子机制。此外,黑麦草在污染土壤的植物修复过程中可能会超积累有毒重金属。
 

 

离子/分子流实验处理

LmHC和LmLC幼苗在0/0.3 mM Cd溶液中处理10 min
 

 

离子/分子流实验结果

        用非损伤微测技术(NMT)检测了两个黑麦草品种(图1a, d)根系(分生区和伸长区)中Cd的内流情况。LmLC根系的Cd净内流速率高于LmHC根系。具体来说,LmLC幼苗根部分生区的Cd内流速率比LmHC幼苗高2倍左右。LmLC幼苗根系伸长区的Cd内流速率也大于LmHC幼苗(图1b, c, e, f)。


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图1.Cd胁迫下LmHC和LmLC根系分生区(a, b, c)和伸长区(b, e, f)的Cd流速的测定
 

 

其它实验结果

  • 在不同浓度的CdCl2胁迫下分析两个黑麦草栽培品种发芽率、茎长、根长、鲜重,发现LmHC确实表现出更强的镉耐受能力。

  • EB染色结果显示,0.3 mM Cd处理后,LmLC和LmHC根中的染料含量均增加,但LmLC根中的染料含量比LmHC根中的染料含量大2倍左右,说明Cd胁迫对LmLC根细胞的损伤比对LmHC根细胞的损伤大。

  • ICP-MS结果显示,Cd处理后,LmLC的茎和根部Cd含量高于LmHC,意味着LmLC根可能比LmHC根吸收更多的Cd2+

  • 对RNA-seq数据的分析显示,在LmHC和LmLC之间的差异基因(DEG)中,上调和下调的基因数量相近。在这些DEG中发现了6个与Cd转运相关的基因家族,50个基因的表达水平受到Cd处理的影响。

 

 

结论

        ABCG37ABCB4ABCB21的表达水平在LmLC根部上调,以利于多余的Cd2+转运到细胞质中。LmLC中NRAMP4的高表达水平有助于将Cd2+从液泡释放到细胞质中,从而影响细胞质重金属平衡。此外,HMA5通过木质部将Cd2+从根部转运到地上部分。然而,残留在细胞质中的大量Cd对LmLC细胞具有毒性。而且,LmLC比LmHC能吸收和积累更多的Cd2+(图2)。因此,LmLC是一种潜在的超积累植物,可以被修饰为过表达的质体转运体基因(类似于MTP1)。因此,转基因植物LmLC可用于Cd污染土壤的生物修复。

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图2. 图片摘要


测试液

0.3 mM CdCl2, 0.1 mM KCl, pH 5.8
 

 

仪器采购信息
据中关村NMT产业联盟了解,东北农业大学于2018年采购了美国扬格公司的非损伤微侧系统。

 


文章原文:https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.110961
 

关键词:黑麦草;镉耐受;镉内流;镉积累;镉转运调节因子