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植物所科研人员揭示蜈蚣草砷超富集机理及其调控分子网络

  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(MIP)、主要协助转运蛋白超家族(MFS)、PATP酶家族(P-type ATPase)、硝酸盐转运家族(NRT)、亚砷酸盐外排蛋白(ACR3)以及ATP结合盒式蛋白(ATP-binding Cassette6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123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,何振艳副研究员和中国科学院生态环境研究中心朱永官研究员为论文通讯作者。该研究得到了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。 

  文章链接: 

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

  (资源植物实验室供稿) 

   

  蜈蚣草砷超富集机理及其调控的分子网络 


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