解密茶树氟吸收机理及其对基因表达的影响

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茶树是一种典型的氟累积植物,其成熟茶叶的F含量比一般大田作物高数百倍之多,探索茶树氟吸收机理和降低砖茶原料氟含量是茶树营养领域的重要课题。
浙江大学茶树生物技术与资源利用研究小组通过不同氟浓度水培茶树并借助基因转录组测序和DGE技术揭示了茶树氟吸收机理及其对基因表达的影响,研究成果在《Scientific
Report》近期发表。图片 2
图1.不同氟浓度和处理时间对茶成熟叶氟含量的影响
研究结果表明,茶叶氟含量水平随着培养液F浓度的提高和F暴露时间的延长而提高;转录组测序结果结合COG,KEGG和NR数据库注释比对,发现144个差异表达基因,并对其中表达差异存在氟浓度以来关系的5个基因进行qRT-PCR)验证,据此提出茶树对氟吸收的可能机理:RLKs感受F信号后激活Ca2+ATPase,被激活的Ca2+ATPase将F转运通过原生质膜进入细胞内。图片 3
表1.氟诱导表达差异显着的5个Unigene及其功能注释图片 4
图2.氟处理对部分基因表达的影响图片 5
图3.茶树对氟吸收的可能机理 RLKs感受F信号后激活Ca 2+ ATPase, 被激活的Ca
2+ ATPase将F转运通过原生质膜进入细胞内。
(本文内容转载自:中国茶叶学会,作者:浙江大学茶树生物技术与资源利用研究小组梁月荣)

蜈蚣草是一种砷超富集的蕨类植物,可在短时间内将砷迅速从土壤中转移并积累到地上部分,富集的砷可达地上部生物量干重的2.3%,远高于一般植物。因此,阐明蜈蚣草砷超富集机理及其调控机制对于利用植物修复治理砷污染土壤具有重要意义。然而,蜈蚣草组学背景的缺失为相关研究工作带来很大挑战。

中国科学院植物研究所何振艳研究组通过单分子实时测序全长转录组、差异转录组和液泡膜蛋白质组的方法,获得了不同砷处理情况下蜈蚣草各器官的全长转录本序列、结构、注释、定位和基因表达信息。研究人员通过分析砷响应下蜈蚣草差异基因的表达情况,获得了蜈蚣草砷响应基因表达谱,并以此为基础进行了蜈蚣草砷超富集及其调控分子元件的挖掘。研究发现,蜈蚣草水通道家族、主要协助转运蛋白超家族、P型ATP酶家族(P-type
ATPase)、硝酸盐转运家族、亚砷酸盐外排蛋白以及ATP结合盒式蛋白(ATP-binding
Cassette)6大类转运蛋白在蜈蚣草砷转运过程中可能起重要作用;内质网相关蛋白质降解途径ERAD和谷胱甘肽代谢途径在转录水平上与蜈蚣草砷抗性密切相关。此外,研究人员还发现lncRNA和可变剪切事件是蜈蚣草砷超富集的重要调控机制。

该研究构建了蜈蚣草全长转录组-液泡膜蛋白质组数据库,并在转录水平上揭示蜈蚣草的砷超富集机理及其调控分子网络,对其砷超富集分子机制的阐明和砷污染土壤植物修复工程植株的构建具有重要理论参考。

该研究成果于1月23日发表于国际学术期刊Journal of Hazardous
Materials
。何振艳研究组博士后闫慧莉和北京林业大学本科生高逸伟为论文共同第一作者,何振艳和中科院生态环境研究中心研究员朱永官为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学面上基金、科技部国家重点研发计划和中科院大学生创新实践计划支持。

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蜈蚣草砷超富集机理及其调控的分子网络

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