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植物所科研人員揭示蜈蚣草砷超富集機理及其調控分子網絡

  蜈蚣草是一種砷超富集的蕨類植物,可在短時間內將砷迅速從土壤中轉移并積累到地上部分,富集的砷可達地上部生物量干重的2.3%,遠高于一般植物。因此,闡明蜈蚣草砷超富集機理及其調控機制對于利用植物修復治理砷污染土壤具有重要意義。然而,蜈蚣草組學背景的缺失為相關研究工作帶來很大挑戰。 

  中國科學院植物研究所何振艷研究組通過單分子實時測序全長轉錄組、差異轉錄組和液泡膜蛋白質組的方法,獲得了不同砷處理情況下蜈蚣草各器官的全長轉錄本序列、結構、注釋、定位和基因表達信息。研究人員通過分析砷響應下蜈蚣草差異基因的表達情況,獲得了蜈蚣草砷響應基因表達譜,并以此為基礎進行了蜈蚣草砷超富集及其調控分子元件的挖掘。研究發現,蜈蚣草水通道家族(MIP)、主要協助轉運蛋白超家族(MFS)、P型ATP酶家族(P-type ATPase)、硝酸鹽轉運家族(NRT)、亞砷酸鹽外排蛋白(ACR3)以及ATP結合盒式蛋白(ATP-binding Cassette)6大類轉運蛋白在蜈蚣草砷轉運過程中可能起重要作用;內質網相關蛋白質降解途徑ERAD和谷胱甘肽代謝途徑在轉錄水平上與蜈蚣草砷抗性密切相關。此外,研究人員還發現lncRNA和可變剪切事件是蜈蚣草砷超富集的重要調控機制。 

  該研究構建了蜈蚣草全長轉錄組-液泡膜蛋白質組數據庫,并在轉錄水平上揭示蜈蚣草的砷超富集機理及其調控分子網絡,對其砷超富集分子機制的闡明和砷污染土壤植物修復工程植株的構建具有重要理論參考。 

  該研究成果于1月23日發表于國際學術期刊Journal of Hazardous Materials。何振艷研究組博士后閆慧莉和北京林業大學本科生高逸偉為論文共同第一作者,何振艷副研究員和中國科學院生態環境研究中心朱永官研究員為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學面上基金、科技部國家重點研發計劃和中科院大學生創新實踐計劃支持。 

  文章鏈接: 

  https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.01.072 

  (資源植物實驗室供稿) 

   

  蜈蚣草砷超富集機理及其調控的分子網絡

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