近日，上海交通大學農業(yè)與生物學院周培教授團隊在生態(tài)環(huán)境領域國際著名期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一區(qū) Top）在線發(fā)表了題為Comparative cytology combined with transcriptomic and metabolomic analyses of Solanum nigrum L. in response to Cd toxicity的研究論文。研究利用植物細胞學、轉錄組學和代謝組學方法分析超富集植物龍葵對短期不同濃度鎘（Cd）脅迫的響應變化，探討了龍葵對Cd脅迫的應對機制。該研究結果為Cd脅迫相關的轉錄調控提供新視野，從而為生態(tài)環(huán)境中重金屬污染植物修復技術應用提供了重要借鑒。

 

　　土壤Cd污染是一個嚴重的全球性生態(tài)環(huán)境問題，中國、日本、歐美等國家的耕地都存在不同程度的Cd污染現(xiàn)象。土壤Cd污染植物修復技術因具有環(huán)境友好、成本低廉、操作簡便、視覺美觀等優(yōu)點被公眾所關注，而超富集植物龍葵常被用于Cd污染土壤修復。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)Cd脅迫下龍葵通過調節(jié)體內抗氧化酶活、細胞壁多糖組分、Cd的亞細胞分布及賦存化學形態(tài)來抵御Cd毒害（https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109997; https://doi.org/10.1007/s11356-020-11505-5）。然而，龍葵對Cd的高耐受性及解毒分子機制尚不清晰。因此，需要結合多組學技術研究龍葵對Cd脅迫的應答機制。

 

　　該論文研究采用水培試驗對龍葵進行不同濃度Cd脅迫處理，重點研究了Cd脅迫下，龍葵各器官（根、莖、葉）細胞超微結構變化，并對根組織進行轉錄組學與代謝組學聯(lián)合分析。通過透射電鏡（TEM）發(fā)現(xiàn)，Cd脅迫嚴重破壞了龍葵各器官細胞超微結構，且受損程度與Cd脅迫濃度呈濃度-劑量效應。此外，龍葵各器官細胞采取增厚細胞壁、將胞內Cd2+轉運至液泡等方式進行解毒。

 

　　隨后，對龍葵根系進行代謝組學與轉錄組學分析。代謝組學分析結果發(fā)現(xiàn)Cd脅迫下龍葵根系有7條代謝通路被顯著干擾，涉及19個差異表達代謝物（DEMs）。而轉錄組學分析結果鑒定出3908個共同差異表達基因（DEGs），其中上調DEGs 1049個，下調DEGs 2859個。除此之外，該研究利用組學聯(lián)合分析還發(fā)現(xiàn)了Cd脅迫下參與根組織細胞壁生物合成的DEMs和DEGs，初步揭示了細胞壁在龍葵根系解毒Cd過程中發(fā)揮的重要作用。

 

　　上海交通大學農業(yè)與生物學院生態(tài)學博士生王軍才為論文第一作者， 周培教授為通訊作者， 博士后初少華、張丹副研究員等參與了該研究。課題組多年來一直從事農業(yè)產地環(huán)境污染防治與修復方面的研究，并在Journal of Hazardous Materials、Environmental Pollution、Bioresource Technology、Science of The Total Environment等國內外權威期刊發(fā)表多篇論文。相關研究得到國家重大研發(fā)計劃和國家自然科學基金等項目支持。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127168