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主题: NMT在重金属胁迫(Cd镉胁迫)研究上的应用

NMT在重金属胁迫(Cd镉胁迫)研究上的应用 2016-04-05 15:33 #914

  • 工程师 meng
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Chemosphere:作物的镉(Cd)转运能力决定可食用部分的镉含量(文献编号:C2015-002


华中农业大学胡承孝教授,以两个品种的油菜作为研究材料,利用生理以及遗传学实验手段,研究了包括Cd在油菜植株内的吸收及转运等过程。


研究发现,L351品种同L388品种相比,前者地上部分的Cd积累更多,而根部恰好反之。研究者利用非损伤微测技术(NMT),检测了样品根部根毛区域的Cd2+流速。结果显示,L351根部吸收Cd2+的速率同L388相比,并无优势。反而是L388根部吸收Cd2+的速率比L351高出68%。研究同时使用了Cd浓度检测技术,观察了油菜样品根部Cd的吸收动力学。检测结果表明,L351木质部转运Cd的能力要明显强于L388。正是由于L351较强的Cd转运能力,才致使地上部分Cd含量高于根部吸收Cd2+能力更强的L388。此外,基因表达检测结果显示,油菜根部吸收Cd的能力同IRT1相关,而木质部转运Cd的能力则是由HMA2以及HMA4决定的。


至此,研究表明油菜地上部分的Cd含量与根部吸收Cd的能力并无直接联系,而是一定程度上取决于木质部的Cd转运能力。


图注:L338和L351品种油菜根部吸收Cd2+的速率。负值表示吸收。




New Phytologist:γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶调控Cd2+解毒的机制(文献编号:C2015-001


杨树细胞内γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的过表达可以引起叶片谷胱甘肽浓度的升高,预示着其具有镉修复的潜力。然而杨树对Cd2+的吸收能力与H+/Ca2+的流动、杨树的镉耐受能力之间的关系,及其内在的分子生理机制却鲜有研究。


本研究检测了野生型与转基因杨树在Cd2+吸收能力、镉耐受能力以及Cd2+转运解毒相关基因表达量上的差异。通过非损伤微测技术(NMT)检测发现,γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶超表达组与野生型相比,具有更强的Cd2+吸收能力,Cd2+转运、解毒相关基因的转录水平上调,同时,前者地上部分聚集了更多的镉。这一结果表明,γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶超表达品种能更好地耐受镉胁迫,并且这种耐受能力可能与谷胱甘肽介导的Cd2+转运、解毒相关基因的表达上调有关。


这是罗志斌实验室使用非损伤微测技术发表的第三篇Cd2+文章,系统的建立了植物响应重金属机制研究的活体实验体系。


图注:H+-ATPase抑制剂处理后,突变体杨树根部的Cd2+、H+流速。正值表示吸收,负值表示外排。




New Phytologist:单细胞水平层次研究水稻拒镉机制(文献编号:C2015-003C2013-019


硅(Si),这一地壳中含量仅次于氧的元素,其对大多数高等植物而言,没有特别重要的意义。但2000年有报道称,Si可以提升植物对生物/非生物胁迫的抗性,其中Si可以抑制重金属镉(Cd)对水稻的毒害尤为引人注目。王荔军课题组通过前期的研究表明,Si可以与水稻细胞的细胞壁结合,形成一种 [Si-wall matrix]Cd的结构,从而抑制水稻细胞对Cd2+的吸收。


本文同样以水稻悬浮细胞作为研究材料,在含有/不含有1 mM硅酸的培养液中培养一段时间后,利用非损伤微测技术(NMT)在不同浓度的Cd2+溶液中检测发现,Si预处理组相较于对照组,Cd2+吸收速率明显降低,这与先前的研究结果一致。研究还观察了Mn2+、Co2+、Cu2+分别存在的条件下,Si预处理组与对照组对Cd2+的吸收情况。结果显示,加入Mn2+、Co2+对Cd2+的流速并无影响,而加入Cu2+后,两组水稻细胞Cd2+的吸收速率均增加数倍。RT-qPCR结果表明,加入Cu2+后,Cd2+转运相关基因Nramp5表达显著上调。


这一研究发现表明,Cd2+的吸收转运会受到其它二价金属离子的影响。其机制可能是Cu2+促使了Nramp5基因的表达,从而导致Cd2+吸收速率增大。此外Cd2+借用Cu2+通道、Cu2+激活Ca2+通道等,均是Cd2+吸收增加的潜在机制。NMT已经成为该课题研究的必要技术。



左图:-/+Si处理时,水稻悬浮细胞Cd2+的流速。黑线,-Si+Cd;红线+Si+Cd。正值表示外排,负值表示内流。;右图:瞬时加入30 μM Cu2+后 ,水稻悬浮细胞Cd2+的流速。




Plant, Cell & Environment:植物镉毒害的新机制——K+/Ca2+平衡的打破(文献标号:C2012-009


重金属镉离子(Cd2+)的毒性机制是近年来生命科学、环境科学等领域的研究热点。Cd2+影响植物对营养物质的吸收、转运和利用。但是,Cd2+毒害的作用机制还不清楚。


2012年,南京大学盐生植物实验室的研究成果“Cadmium Impairs Ion Homeostasis by Altering K+ and Ca2+ Channel Activities in Rice Root Hair Cells”在《Plant, Cell & Environment》(2010 IF 5.145)杂志发表,揭示了Cd2+造成毒害的重要机制。


这本文使用非损伤微测技术(NMT)等手段深入研究了Cd2+对水稻根毛细胞Ca2+、K+平衡的影响,发现Cd2+能诱导细胞的去极化,阻碍细胞对Ca2+和K+的吸收,减少根内K+的净含量。这是Cd2+破坏植物离子平衡的直接证据。


这一研究直接而简洁地证实了Cd2+通过改变Ca2+和K+的变化而影响胞内的离子平衡,并伴随着H+的改变。使用NMT进行的活体测定,是研究进出细胞离子的关键手段,揭开了离子之间相互作用破坏胞内的离子平衡,进而产生离子毒害。



图注:Cd对水稻根毛细胞Ca2+流速的影响。正值表示外排,负值表示吸收。




Plant, Cell & Environment:菌根提升植物镉耐受能力的新机制(文献编号:C2013-015


外生菌根是寄主根部与某些真菌形成的共生组织,并可以增强寄主植物对Cd2+的耐受能力,但其生理学和分子学机制尚不明确。


本研究以卷缘桩菇菌与银灰杨根部形成的外生菌根为研究对象,揭示木本植物的外生菌根对寄主镉耐受能力的影响。有菌根银灰杨与无菌根银灰杨经过镉处理5min后对比,通过非损伤微测(NMT)技术检测发现,前者根尖有更多的Cd2+内流且H+外排更强,H+-ATP抑制剂处理后,后者Cd2+吸收趋于消失,而有菌根银灰杨根尖对Cd2+吸收下降较少。


实验结合气体交换测量、基因转录水平检测,证明外生菌根提升了寄主对Cd2+的吸收能力,可能与增加了根部体积以及与Cd2+吸收、运输相关基因的超表达有关,此外通过提升镉解毒能力、营养与碳水化合物水平,从而提高了银灰杨对Cd2+的耐受能力,这为植物修复提供了新思路。[/size]


图注:-/+菌根、-/+CdSO4处理时,银灰杨根尖各位点Cd2+的流速。正值表示内流。




重金属/镉胁迫/Cd胁迫文献


(1)Different responses of low grain-Cd-accumulating and high grain-Cd accumulating rice cultivars to Cd stress
Plant Physiology and BiochemistryC2015-020

(2)Nitric oxide modulates cadmium influx during cadmium-induced programmed cell death in tobacco BY-2 cells(PlantaC2010-005

(3)Overexpression of Populus euphratica xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase gene confers enhanced cadmium tolerance by the restriction of root cadmium uptake in transgenic tobacco(Environmental and Experimental BotanyC2014-014

(4)Inhibition of cadmium ion uptake in rice (Oryza sativa) cells by a wall-bound form of silicon(New PhytologistC2013-019

(5)Non-invasive microelectrode cadmium flux measurements reveal the spatial characteristics and real-time kinetics of cadmium transport in hyperaccumulator and nonhyperaccumulator ecotypes of Sedum alfredii(Journal of Plant PhysiologyC2013-001

(6)Net cadmium flux and accumulation reveal tissue-specific oxidative stress and detoxification in Populus × canescens(Physiologia PlantarumC2011-006

(7)Disarrangement of actin filaments and Ca2+ gradient by CdCl2 alters cell wall construction in Arabidopsis thaliana root hairs by inhibiting vesicular trafficking(Journal of Plant PhysiologyC2011-005
最后修改: 2016-04-13 11:58 由 工程师 meng.
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NMT在重金属胁迫(Cd镉胁迫)研究上的应用 2016-04-10 21:21 #944

  • 大保姆
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现在研究重金属的人越来越多了,而且国家经费投入巨大,要想脱颖而出,除了创新思路,好的技术和抢占先机的意识也很重要!我就遇到过一个老师辛辛苦苦马上要做完的成果,却被别人抢先发了
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NMT在重金属胁迫(Cd镉胁迫)研究上的应用 2016-04-13 11:07 #969

  • 丘果霄
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从近期咨询NMT重金属工作站以及Cd2+测试服务的客户数量来看,重金属的相关研究持续走高态势,当然这也可能与NMT的技术特点与此研究方面匹配度较高有一定关系。就目前Cd2+的测试量和文章发表数量的比例来看,未来一段时间,NMT在重金属方面的科研文章会越来越多,可供老师们参考的文献会更丰富,但与此同时,进行相关创新研究的难度也会有所上升。
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管理者: Magee
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