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Environmental Pollution|镉胁迫下激素介导的秋茄根组织过氧化氢含量的调节

Environmental Pollution|镉胁迫下激素介导的秋茄根组织H2O2含量的调节

厦门大学海岸与湿地生态系统重点实验室的研究人员于Environmental Pollution上发表了一篇题为“SODs involved in the hormone mediated regulation of H2O2 content in Kandelia obovata root tissues under cadmium stress”的研究文献,该文献揭示了镉胁迫下激素介导的秋茄根组织H2O2含量的调节。

文章来源

背景

红树林植物在热带和亚热带沿海地区的缓解金属胁迫及可持续发展中起着至关重要的生态作用。在重金属污染物中,镉(Cd)污染是对全球红树林的最严重的威胁。红树林秋茄广泛分布于亚热带沿海湿地。该物种被证明对Cd毒性具有高度的耐受性。但尚不清楚秋茄的耐受性和内部保护生理机制。超氧化物歧化酶是金属酶,是对抗过量活性氧(ROS)的第一道防线,可提高植物对逆境的耐受性。植物激素是介导不良环境条件的响应的关键内源性因素,可使植物在发育过程中保持生长可塑性并防止非生物胁迫。本研究分析Cd胁迫下根组织中两个KoSOD基因的作用,以及评估Cd胁迫期间植物激素与KoSOD表达之间的关系。


结果

秋茄根组织的Cd分布和生理特性分析

Cd处理7天后,维管柱中的Cd浓度显著低于外皮层和皮层中的Cd浓度。镉胁迫后表皮和外皮中的H2O2含量显著增加,表皮和外皮的SOD活性最高。还进行了qPCR以确定KoCSD3KoFSD2基因的表达谱。植株中KoFSD2表现显著增加,而经过 Cd处理的KoCSD3在表皮和皮质中高表达。

秋茄根组织的Cd分布和生理特性分析

1. 秋茄根组织的Cd分布和生理特性分析


转基因品系的生理特性分析

KoFSD2KoCSD3基因烟草植株在镉胁迫下的根伸长受抑程度低于野生植株,说明转基因植株比野生植株具有更高的镉耐性。在抗氧化酶系统中,KoFSD2烟草的CAT活性均高于 KoCSD3WT烟草。

转KoFSD2和KoCSD3的烟草植物的生理特性分析

2.KoFSD2KoCSD3的烟草植物的生理特性分析


BES-H2O2-Ac荧光检测结果表明,镉处理只使 KoFSD2植株的荧光强度降低,而使KoCSD3WT植株的荧光强度增强,Cd处理的KoFSD2幼苗H2O2含量无显著变化,KoCSD3植株H2O2含量显著增加。结果表明,KoFSD2植株具有较高的抗氧化酶活性,降低了H2O2水平,而在Cd存在下,KoCSD3WT植株积累了较高的H2O2

野生型(WT)和转基因幼苗根系中过氧化氢含量的比较

3.野生型(WT)和转基因幼苗根系中过氧化氢含量的比较


响应外源激素治疗的KoSOD启动子和KoSOD表达的生物信息学分析

通过PCR确定了起始密码子周围和上游3000 bp区域中这两个基因的序列。还基于MK193726MK193727PCR序列预测了这些启动子中存在的转录应答元件。序列分析表明,KoFSD2KoCSD3启动子序列带有六种与激素反应有关的顺式调控元件和两种转录因子。包括与ABA,生长素,MeJA,赤霉素和SA反应相关的各种元件。此外,MYB96Dof转录因子可能分别与ABASA和生长素反应有关。

为了进一步了解KoSOD基因表达与激素的关系,分别在用外源SAIAAABA处理的根组织中检测KoFSD2KoCSD3基因的表达谱。在ABASA刺激下,整个根组织中KoFSD2的表达显著增强,而IAA诱导了维管柱中KoFSD2的表达。

KoSOD启动子的生物信息学分析以及外源激素对KoSOD表达的影响

4.KoSOD启动子的生物信息学分析以及外源激素对KoSOD表达的影响


镉胁迫促进秋茄植物激素含量的积累

在对照和镉处理的植物中,在秋茄根组织中测量了SAIAAABA浓度的变化。镉处理后,根皮层和维管柱中的IAA浓度增加,并且根表皮和外皮中的ABA含量也显著增加,而镉处理后在根中未检测到SA浓度的明显变化。

在镉胁迫下0和24h秋茄根中植物激素浓度变化

5.在镉胁迫下024h秋茄根中植物激素浓度变化


结论

KoFSD2可以促进下游抗氧化剂系统降低H2O2的含量,维持表皮和外皮中的最佳H2O2浓度。我们还证明了KoSOD在镉胁迫期间,表达模式可能响应于内源性ABAIAA。这些发现共同有助于更好地理秋茄植物激素和SOD功能与Cd胁迫耐受性之间的关系。

该研究受到国家自然科学基金的支持。


参考文献

1Apel, K., Hirt, H., 2004. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction. Annu. Rev. Plant Biol. 55, 373-399.

2Barberon, M., Vermeer, J.E., De Bellis, D., Wang, P., Naseer, S., Andersen, T.G., Humbel, B.M., Nawrath, C., Takano, J., Salt, D.E., et al., 2016. Adaptation of root function by nutrient-induced plasticity of endodermal differentiation. Cell 164, 447-459.

3Bucker-Neto, L., Paiva, A.L.S., Machado, R.D., Arenhart, R.A., Margis-Pinheiro, M., 2017. Interactions between plant hormones and heavy metals responses. Genet. Mol. Biol. 40, 373-386.

文献链接

https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113272.

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Environmental Pollution|镉胁迫下激素介导的秋茄根组织过氧化氢含量的调节
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