2024-10-08
派(pai)森(sen)諾與沈(shen)陽大(da)學攜(xie)手合作(zuo)，在國際著(zhu)名雜志《Science of the Total Environment》發表題為“Decreased cadmium content in Solanum melongena induced by grafting was related to glucosinolates synthesis ”的(de)研(yan)究論文(wen)，該研(yan)究揭(jie)示了嫁(jia)接(jie)對茄(qie)(qie)子品(pin)質(zhi)、產量和鎘含(han)量的(de)影響，并且探討了嫁(jia)接(jie)降低茄(qie)(qie)子鎘含(han)量的(de)潛在機(ji)制。 本研究的RNA-seq測(ce)序以及部分分析工作(zuo)由上海(hai)派森諾生(sheng)物科技股份(fen)有限公司完成(cheng)。
技術路線 研究(jiu)背景 社會經濟快(kuai)速發展，工(gong)業(ye)化(hua)、城鎮化(hua)進程(cheng)加快(kuai)，農田(tian)重金(jin)屬污染風險(xian)加大。因此，如何控(kong)制(zhi)(zhi)農田(tian)重金(jin)屬污染是(shi)全球許多國家面臨的(de)重大挑戰。目前，鎘是(shi)我國農業(ye)土壤中最主要的(de)重金(jin)屬之一，先前有研(yan)究表明(ming)嫁接(jie)是(shi)減(jian)少作物(wu)鎘積(ji)累的(de)有效(xiao)方(fang)法，但是(shi)嫁接(jie)引起鎘含量下(xia)降的(de)機制(zhi)(zhi)尚不(bu)清楚。而本研(yan)究為培育低鎘積(ji)累的(de)作物(wu)提供(gong)了理論(lun)依據。
研究材料與方法 1.實驗材料 茄子品種(zhong)：紫麗人，?托(tuo)魯(lu)巴(ba)姆 樣本處理：CK: 0.22 mg?kg? 1 Cd；TM: 4.81 mg?kg? 1 Cd 嫁(jia)(jia)接類(lei)型：un-grafted (UG) 未嫁(jia)(jia)接、elf-grafted (SG)自嫁(jia)(jia)接、inter-grafted (EG)交叉嫁(jia)(jia)接 2.測序(xu)平臺 Illumina novaseq6000 3.分(fen)析方法 RNA-Seq、靶向氨基酸代謝組、qPCR等
研(yan)究(jiu)結(jie)果 1.種(zhong)間嫁接增加(jia)產(chan)量且不影響果(guo)實(shi)品質 自嫁(jia)接(jie)不影(ying)響(xiang)紫(zi)麗人(ren)的生(sheng)長(chang)和產量，交(jiao)叉嫁(jia)接(jie)也(ye)顯著(zhu)提高了其生(sheng)長(chang)和產量，?托魯巴姆即使在(zai)盆栽中也(ye)是顯著(zhu)增長(chang)。CK和TM處(chu)理之(zhi)間植物性狀差異不顯著(zhu)，表明低(di)濃(nong)度的鎘污染不影(ying)響(xiang)茄子的生(sheng)長(chang)和產量。 圖1. 茄(qie)子產量和(he)品質 2.種(zhong)間(jian)嫁接降低了葉(xie)片和果(guo)實中的鎘和全(quan)硫(liu)含量 自(zi)嫁接對“紫麗(li)人”根(gen)、莖、葉和(he)果實中(zhong)的(de)鎘(ge)(ge)和(he)全(quan)(quan)硫含(han)量(liang)沒有影響(xiang)，異(yi)(yi)源嫁接和(he)鎘(ge)(ge)處理影響(xiang)了(le)鎘(ge)(ge)和(he)總(zong)硫含(han)量(liang)，但是不影響(xiang)TL根(gen)的(de)鎘(ge)(ge)和(he)全(quan)(quan)硫的(de)吸收。UG、SG、EG和(he)TL根(gen)中(zhong)的(de)鎘(ge)(ge)含(han)量(liang)無(wu)顯(xian)著差異(yi)(yi)（P > 0.05），表明(ming)鎘(ge)(ge)從土壤到(dao)(dao)植(zhi)物根(gen)的(de)短途運輸不受(shou)抑制。然而，EC和(he)TL莖、葉和(he)果實中(zhong)鎘(ge)(ge)含(han)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)(hua)表明(ming)，鎘(ge)(ge)從根(gen)到(dao)(dao)芽的(de)遠距離運輸發生(sheng)了(le)顯(xian)著變(bian)化(hua)(hua)，而且這種變(bian)化(hua)(hua)可能與總(zong)硫密(mi)切相關(guan)。 圖2 根、莖、葉、果(guo)實中鎘(ge)和全硫含量 3.EG葉(xie)片中參與硫苷(gan)運(yun)輸合成的基(ji)因表達 為了(le)確定哪些硫化合(he)物(wu)在減少EG葉和(he)(he)(he)果(guo)實中(zhong)(zhong)的鎘和(he)(he)(he)總(zong)硫含(han)量方面發揮重要(yao)作用，研究對SG和(he)(he)(he)EG根和(he)(he)(he)葉進行了(le)轉(zhuan)(zhuan)錄(lu)組分(fen)析（TM，SG vs EG）。轉(zhuan)(zhuan)錄(lu)組分(fen)析與qRT-PCR結(jie)果(guo)結(jie)果(guo)一(yi)致。SG vs EG中(zhong)(zhong)3632個上調基因(yin)和(he)(he)(he)4712個下調基因(yin)，GO富集分(fen)析主要(yao)富集到(dao)催(cui)化活(huo)性、轉(zhuan)(zhuan)移酶活(huo)性、酶活(huo)性和(he)(he)(he)碳(tan)水(shui)化合(he)物(wu)代(dai)謝過程(cheng)等條目中(zhong)(zhong)，另外kegg富集分(fen)析表明(ming)DEG主要(yao)參(can)與碳(tan)水(shui)化合(he)物(wu)代(dai)謝、氨(an)基酸代(dai)謝和(he)(he)(he)其他次級(ji)代(dai)謝物(wu)的生物(wu)合(he)成(cheng)等通路上。 圖(tu)3 根(gen)、葉差異分析(xi)和(he)富(fu)集分析(xi) 4.植物地上組織中的鎘和(he)全硫含量與GSL密切相關 SG、EG和(he)(he)(he)(he)TL根中(zhong)的(de)(de)總(zong)(zong)(zong)(zong)GSL含(han)(han)量(liang)(liang)沒有顯著差(cha)異，與鎘(ge)和(he)(he)(he)(he)總(zong)(zong)(zong)(zong)硫(liu)含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)結果一致。EG和(he)(he)(he)(he)TL莖(jing)中(zhong)GSL總(zong)(zong)(zong)(zong)含(han)(han)量(liang)(liang)顯著高(gao)于SG，而葉(xie)和(he)(he)(he)(he)果實(shi)中(zhong)GSL總(zong)(zong)(zong)(zong)含(han)(han)量(liang)(liang)則(ze)相反(fan)。線(xian)性回歸分(fen)析(xi)顯示(shi)，莖(jing)、葉(xie)和(he)(he)(he)(he)果實(shi)中(zhong)的(de)(de)總(zong)(zong)(zong)(zong)GSL與鎘(ge)之間(jian)呈顯著正相關，而總(zong)(zong)(zong)(zong)GSL和(he)(he)(he)(he)總(zong)(zong)(zong)(zong)S也有相似的(de)(de)結果。上(shang)述結果表(biao)明，GSL是(shi)一種潛在(zai)的(de)(de)含(han)(han)硫(liu)代謝物(wu)，可導致葉(xie)片和(he)(he)(he)(he)果實(shi)中(zhong)總(zong)(zong)(zong)(zong)硫(liu)和(he)(he)(he)(he)鎘(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)下降。EG和(he)(he)(he)(he)TL在(zai)根和(he)(he)(he)(he)莖(jing)中(zhong)儲(chu)存(cun)了大量(liang)(liang)的(de)(de)鎘(ge)，減少(shao)了葉(xie)片和(he)(he)(he)(he)果實(shi)中(zhong)鎘(ge)的(de)(de)積累(lei)。 圖(tu)4.根(gen)、莖、葉(xie)和(he)果實(shi)中總GSL和(he)鎘含量 5.葉片(pian)中合成GSL的(de)氨基酸濃(nong)度(du)下降(jiang) 為了進一步驗證GSL的(de)(de)(de)結果，對葉片(pian)中的(de)(de)(de)氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)含(han)(han)量進行了靶向測定（SG vs EG）。與(yu)SG相比(bi)，EG葉片(pian)中參與(yu)GSL合(he)成(cheng)的(de)(de)(de)6種(zhong)氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)濃(nong)度明(ming)(ming)顯降低，芳(fang)香族(zu)-GSL和(he)吲哚-GSL濃(nong)度明(ming)(ming)顯低于SG。在參與(yu)脂質(zhi)族(zu)-GSL合(he)成(cheng)的(de)(de)(de)五(wu)種(zhong)氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)中，EG葉中的(de)(de)(de)亮氨(an)酸(suan)(suan)、異亮氨(an)酸(suan)(suan)和(he)纈氨(an)酸(suan)(suan)含(han)(han)量明(ming)(ming)顯低于SG。SG和(he)EG葉片(pian)中參與(yu)GSL合(he)成(cheng)的(de)(de)(de)氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)含(han)(han)量變化趨(qu)勢(shi)(shi)與(yu)總GSL的(de)(de)(de)變化趨(qu)勢(shi)(shi)一致，表明(ming)(ming)GSL是(shi)一種(zhong)潛在的(de)(de)(de)導致鎘(ge)和(he)總硫含(han)(han)量下降的(de)(de)(de)物質(zhi)。 圖5參與GSL合成的8種氨基酸含量
小結(jie) 嫁接(jie)是(shi)一(yi)種影響(xiang)(xiang)作(zuo)物(wu)生(sheng)長和發(fa)育(yu)的(de)傳(chuan)統園藝方法。本研究(jiu)中(zhong)，用?托魯(lu)巴(ba)姆根(gen)莖嫁接(jie)并沒有明顯改變紫麗(li)人(ren)的(de)果實(shi)品質，果實(shi)產量(liang)顯著提(ti)高。此(ci)外，低濃度的(de)鎘污染(ran)并不影響(xiang)(xiang)農作(zuo)物(wu)的(de)生(sheng)長發(fa)育(yu)。另外研究(jiu)還表明，嫁接(jie)引起(qi)的(de)紫麗(li)人(ren)葉片和果實(shi)中(zhong)總硫和鎘含量(liang)的(de)下降與GSL密切相關。本研究(jiu)為(wei)安全(quan)利用鎘污染(ran)的(de)土壤、探索植物(wu)中(zhong)鎘的(de)遠距離遷移以及培育(yu)低鎘積累的(de)作(zuo)物(wu)提(ti)供了理論(lun)依據(ju)。 原文鏈(lian)接：//doi. org/10.1016/j.scitotenv.2024.170115
