随着全球工农业的快速发展,土壤重金属污染已经成为世界性的环境问题。植物修复被认为是治理重金属污染土壤最具发展潜力的一种绿色修复技术。马蔺(Iris lactea var. chinensis)是一种鸢尾属多年生植物,其生长速度快、生物量大、抗逆性和水土保持能力强、观赏及造纸等工业利用价值高。观赏植物研究中心鸢尾甜菊组通过生理学分析发现,马蔺具有较强的重金属镉(Cd)耐性和积累能力,在Cd污染地土壤修复、绿化及资源开发中具有重要的应用潜力,同时也是研究植物响应Cd胁迫机制,发掘优良Cd耐性和积累相关新基因的重要材料。蛋白质是基因功能的最终体现者,为深入研究马蔺响应Cd胁迫分子机制,发掘马蔺Cd耐性和积累关键蛋白,课题组利用Label-free定量蛋白质组学技术对Cd处理下马蔺蛋白质表达水平进行了分析,分别在地上部和根系中鉴定到163和196个差异表达蛋白。这些差异表达蛋白主要具有信号转导、离子转运、氧化还原等功能,并参与氨基酸合成、木质素合成、甘油脂代谢和谷胱甘肽代谢等途径。其中一个甘露糖特异凝集素(mannose-specific lectin,IlMSL)只在马蔺根中受Cd诱导表达。通过在酵母中表达IlMSL基因发现,马蔺IlMSL可以提高酵母对Cd的敏感性,并增加了酵母体内的Cd含量,暗示马蔺IlMSL可能在调控Cd胁迫响应中起重要作用。本研究首次在蛋白质水平上研究了马蔺对Cd的响应,并发掘了多个新的Cd响应相关蛋白。研究结果将进一步加深对马蔺Cd耐性和积累机制的理解,同时为Cd高积累和高耐Cd植物新种质的创新培育和研究奠定理论基础,最终为Cd污染土壤的高效修复提供优良的修复型植物新材料。

  上述研究结果近日以题为“Quantitative proteomic analysis reveals complex regulatory and metabolic response of Iris lactea Pall. var. chinensis to cadmium toxicity”发表在国际环境科学与生态学领域TOP期刊Journal of Hazardous Material。鸢尾甜菊组的刘清泉博士为论文第一作者,原海燕副研究员和美国麻省大学阿默斯特分校Om Parkash Dhankher教授为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金青年项目(41907135)、江苏省自然科学基金青年项目(BK20180317, BK20180314)、江苏省植物资源研究与利用重点实验室开放基金(JSPKLB201843)以及江苏省重点研发计划(BE2018715)等项目的资助。

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123165