基本信息

　　主题：NMT发现富氢水可以提升Zn抑制植物实时Cd吸收的效果

　　期刊：Journal of Hazardous Materials

　　影响因子：9.038

　　研究使用平台：NMT重金属创新平台

　　标题：IRT1and ZIP2were involved in exogenous hydrogen-rich water-reduced cadmium accumulation in Brassica chinensisand Arabidopsis thaliana

　　作者：南京农业大学崔瑾、吴雪

　　检测离子/分子指标

　　Cd2+

　　检测样品

　　① 小白菜根伸长区（距根尖600 μm根表上的点）和成熟区（距根尖1600 μm根表上的点）

　　② 拟南芥根伸长区（距根尖200 μm根表上的点）和成熟区（距根尖600 μm根表上的点）

　　中文摘要（谷歌机翻）

　　通过Cd（镉）浓度，Cd2+荧光染色，NMT（非损伤微测技术）对Cd吸收进行分析，结果表明，HRW（hydrogen-rich water，富氢水）在降低小白菜幼苗根部对Cd的吸收方面具有显著的积极作用。BcIRT1（铁调节转运蛋白1）和BcZIP2（锌调节转运蛋白2）是小白菜中主要的Cd转运蛋白，但它们在HRW减少Cd吸收过程中的作用仍然未知。本研究验证了IRT1和ZIP2在白菜和拟南芥中HRW减少Cd吸收中的功能。在拟南芥中的异源和同源表达表明，HRW显著降低了野生型（Col-0）和转基因拟南芥IRT1和ZIP2中的Cd含量，但irt1和zip2突变体除外。NMT检测表明，HRW不仅降低了Cd2+在WT和转基因株系根部的内流，而且增强了Zn和Cd之间的竞争。综合来看，HRW诱导的植物Cd积累减少可能是通过抑制BcIRT1和BcZIP2的表达，影响BcIRT1和BcZIP2对离子吸收的偏好性导致的。

　　离子/分子流实验处理方法

　　预处理

　　① 2日龄小白菜幼苗在0、50% HRW中处理1 d

　　② 15-17日龄拟南芥幼苗在0、50% HRW中处理1 d

　　实时处理

　　6.25 μM/L FeSO4 或7.5 μM/L ZnSO4实时处理10日龄拟南芥幼苗

　　离子/分子流实验结果

　　HRW预处理使小白菜根伸长区和成熟区Cd2+流速分别降低了21.01%和31.97%（图1）。

　　图1. 50 μM Cd处理下HRW预处理对小白菜根部伸长区（A, C, E）和成熟区（B, D, F）Cd2+流速的影响

　　研究发现，除irt1-和zip2-突变体外，HRW预处理显著降低了拟南芥根伸长区Cd2+内流（图2）。HRW使WT和IRT1-和ZIP2-转基因拟南芥（图2G, H）的Cd2+平均内流速率从30.34 %显著降低到34.91 %。

　　图2. 50 μM Cd处理下HRW预处理对转基因拟南芥根伸长区Cd2+流速的影响

　　为了阐明Cd与Fe或Zn的相互关系，使用NMT技术对实时Fe2+或Zn2+处理下拟南芥根（距根尖200 μm）Cd2+流速进行了检测。无论有无HRW预处理，Fe2+的加入都急剧减少了Cd2+的内流，这可能是由于它们在根系吸收离子过程中的相互竞争所致（图3A）。在ZIP2型株系中，Zn2+显著减少了Cd2+的内流（图3B）。此外，进一步分析了由于添加铁或锌引起的Cd2+流速的降低率。结果表明，HRW预处理不会影响Cd2+和Fe2+之间的竞争关系（图3C）。但添加Zn2+时，37 %的HRW预处理显著降低了Cd2+流速（图3D）。这表明HRW处理后，更多的Zn2+被转运蛋白吸收，从而降低了对Cd2+的吸收。

　　图3. 实时Fe2+或Zn2+处理对有无HRW预处理的拟南芥根系Cd2+流速的影响

　　其他实验结果

　　HRW缓解了50 μM Cd胁迫对白菜生长的抑制作用。　　

　　HRW抑制了白菜对Cd的吸收能力，最终导致Cd积累量降低。　　

　　HRW抑制BcIRT1和BcZIP2的转录水平。　　

　　HRW缓解了Cd对转基因拟南芥的毒性。　　

　　HRW降低了转基因拟南芥的Cd积累。　　

　　HRW降低转基因植物铁的浓度、提高锌的浓度。

　　结论

　　本研究为阐明HRW降低白菜Cd积累的分子机制提供了新的见解。HRW能够降低参与Cd吸收的BcIRT1和BcZIP2的转录水平。此外，HRW还可影响Cd暴露下白菜和拟南芥中Fe和Zn的积累，改变Zn和Cd之间的竞争力。虽然HRW直接通过何种途径调控BcIRT1和BcZIP2尚不清楚，但本研究证实了BcIRT1和BcZIP2在HRW抑制Cd积累中的作用，这对阐明HRW在植物胁迫应答中的生理功能具有指导意义。

　　测试液

　　50 μM CdCl2, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 6.0

　　关键词：镉；HRW；BcIRT1；BcZIP2；离子吸收