miRNA在植物重金属胁迫应答中的作用

microRNA （miRNA）是一种新型的长度为20~24 nt的非编码RNA,通过对靶基因的表达调节进而参与调控植物体的多种生理代谢活动。重金属是一类重要的环境污染物,严重危害植物的生长发育,甚至导致植物死亡。植物在长期的进化过程中形成了抵御重金属胁迫的多种机制,如miRNA对特定基因转录后水平的调控就在逆境胁迫应答中发挥重要作用。本文综述了植物中参与重金属胁迫应答miRNA的种类及作用机制,为揭示重金属胁迫条件下基因表达调控机制,以及利用基因工程手段改良植物对重金属的耐受性提供了线索和依据。     

重金属污染土壤植物修复中细胞分裂素的作用与机制

植物修复因投资成本低、环境扰动少、二次污染易控制、美化环境等优点成为重金属污染土壤修复重要的治理技术。植物内源细胞分裂素调控植物生理活动,外源细胞分裂素对植物生理生态特征产生显著影响,且在植物修复中逐渐受到研究人员的关注。细胞分裂素能够调控植物根茎发育、叶片衰老、激素传递等过程,同时在重金属胁迫下也参与蒸腾、光合、抗性、解毒等系统的运转。以细胞分裂素对植物生理活动的调控作用研究为基础,阐述了细胞分裂素在植物修复中的作用机制。主要包括：增强光合作用,延缓叶片衰老,提升植物抗性能力;调控根茎叶发育,增加植物生物量,强化植物富集效果;增强转运蛋白表达,提高叶面蒸腾作用,促进重金属吸收转运;参与解毒过程,降低重金属毒性,调控重金属体内转化。最后提出了细胞分裂素在重金属污染土壤植物修复中的研究方向,这对促进细胞分裂素在植物修复中的实际应用具有重要意义。     

根系分泌物在重金属污染土壤生态修复中的作用机制研究进展

我国土壤重金属污染问题日益突出.作为一种绿色、安全的生物修复技术,植物修复技术备受关注.根系分泌物作为植物-土壤-微生物三者物质交换与信息传递的重要载体,是植物响应外界胁迫的重要生理生态指征,在植物修复过程中发挥关键作用.研究表明,根系分泌物能够有效调控根际微环境,提升植物抗逆能力,影响重金属在根际微域中的环境行为.传...     

硫对土壤重金属形态转化及植物有效性的影响研究进展

生源要素硫在土壤中的化学循环不仅会直接影响土壤重金属元素的环境行为,也可通过调控植物根际微环境间接影响植物对重金属元素的吸收累积.土壤中的硫被植物根吸收后在植株中合成的有机硫化合物如植物螯合素(PCs)和金属硫蛋白(MTs)可与重金属形成毒性较低的络合物,构成植物重金属解毒的重要机制之一.我国部分土壤缺硫现象严重,为保证作物高质高产,硫肥的使用逐渐被重视,而硫与重金属的交互作用机制也逐渐成为研究热点.本文综合相关研究,介绍了硫在土壤中的生物化学转化,探讨了土壤硫的化学转化对土壤重金属形态转化及植物有效性的影响,并对今后硫在土壤重金属控制的应用提出展望.
     

AM真菌对重金属污染土壤生物修复的应用与机理

土壤重金属污染威胁人类健康和整个生态系统,而高效、低耗、安全的生物修复技术显示出了极大的应用潜力,特别是利用植物-微生物共生体增强生物修复效应的应用.丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物,能与90％以上的陆生高等植物形成共生体.研究发现,AM真菌能够增强宿主植物对土壤中重金属胁迫的耐受性.当前,利用AM真菌开展重金属污染土壤的生物修复已经引起环境学家和生态学家的广泛关注.基于此,围绕AM真菌在重金属污染土壤生物修复作用中的最新研究进展,从物理性防御体系的形成、对植物生理代谢的调控、生化拮抗物质的产生、基因表达的调控等角度探究AM真菌在重金属污染土壤生物修复中的作用机理,以期为利用AM真菌开展重金属污染的生物修复提供理论依据,并对本领域未来的发展和应用前景进行了展望.     

金属硫蛋白和植物螯合肽在植物重金属耐性中的作用

植物螯合肽和金属硫蛋白广泛存在于植物界中,它们对植物耐重金属特别重要,能够与重金属形成复合物,以缓解重金属对植物的危害。本文就这两种金属螯合蛋白的结构、生物合成和基因调控,以及在植物体内缓解重金属毒害的作用方面作了简要介绍。     

植物螯合肽及其在抗重金属胁迫中的作用

植物螯合肽(PCs)广泛存在于植物体中,与植物抗重金属胁迫关系密切。植物螯合肽及其复合物是一类富含半胱氨酸的低分子量化合物。现有研究证明,PCS由谷胱甘肽(GSH)为底物的酶促反应合成,其合成受相关基因的调控,从模式植物拟南芥的突变体中已分离到与PCS合成有关的几个基因。植物螯合肽首先与重金属离子结合形成低分子量(LMW)复合物,以此形态经由细胞质进入液泡后,再与一个分子的植物螯合肽结合,形成对植物组织毒性较小的高分子量(HMW)复合物,从而达到缓解重金属对植物的危害作用。就植物螯合肽及其复合物的结构、生物合成、基因调控及重金属解毒机理等进行了综述,并对今后的研究方向提出了一些看法。     

氧化石墨烯影响植物镉吸收的研究进展

镉(Cd)是最常见的重金属污染物之一.当植物受镉胁迫时,其生长发育受抑制.氧化石墨烯(GO)具有易于吸附带正电荷金属离子的能力,在废水污染修复中被广泛应用.概括了近几年关于GO和镉对植物生长影响的研究结果,总结了GO与镉共存条件下对植物转录组调控的研究进展.     

Research advances in transport-related proteins of copper in plants

环境中过量的铜会损害植物细胞的功能、降低酶的活性并且破坏蛋白质的结构.植物中有一个复杂的金属转运网络,对维持植物体内铜的动态平衡发挥着重要作用.综述了重金属铜对植物的毒害,详细介绍了铜转运相关蛋白及其对铜的转运和调控机制.     

产铁载体根际菌在植物修复重金属污染土壤中的应用潜力

产铁载体根际菌(siderophore-producing rhizobacteria,SPR)是一类植物根际促生菌,在植物修复重金属污染土壤中可起重要的辅助作用.本文在综合分析国内外相关研究进展的基础上,阐述了SPR缓解重金属植物胁迫毒害的功能及其提高土壤重金属生物活性的机理,并指出SPR在促进重金属污染土壤中植物的生长、增强植物累积重金属的过程等方面具有较好的应用潜力.对当前研究中存在的SPR提高或降低植物累积重金属的矛盾现象也进行了分析.针对当前研究存在的不足,提出今后应深入研究SPR与植物(尤其是重金属超累积植物)之间的相互作用机理,进一步明确影响铁载体螯合、活化土壤重金属的关键因素,综合考虑铁载体对土壤重金属生物活性和对植物吸收重金属的影响,探索在重金属污染土壤中提高SPR定殖能力的强化方法.     

Molecular characterization of a rice metal tolerance protein, OsMTP1

Rice (Oryza sativa L. 'Nipponbare') cDNA subtractive suppression hybridization (SSH) libraries constructed using cadmium (Cd)-treated seedling roots were screened to isolate Cd-responsive genes. A cDNA clone, encoding the rice homolog of Metal Tolerance Protein (OsMTP1), was induced by Cd treatment. Plant MTPs belong to cation diffusion facilitator (CDF) protein family, which are widespread in bacteria, fungi, plants, and animals. OsMTP1 heterologous expression in yeast mutants showed that OsMTP1 was able to complement the mutant strains' hypersensitivity to Ni, Cd, and Zn, but not other metals including Co and Mn. OsMTP1 expression increased tolerance to Zn, Cd, and Ni in wild-type yeast BY4741 during the exponential growth phase. OsMTP1 fused to green fluorescent protein was localized in onion epidermal cell plasma membranes, consistent with an OsMTP1 function in heavy metal transporting. OsMTP1 dsRNAi mediated by transgenic assay in rice seedlings resulted in heavy metal sensitivity and changed the heavy metal accumulation in different organs of mature rice under low-concentration heavy metal stress. Taken together, our results show that OsMTP1 is a bivalent cation transporter localized in the cell membrane, which is necessary for efficient translocation of Zn, Cd and other heavy metals, and maintain ion homeostasis in plant.     

The miRNAome of ramie (<Emphasis Type="Italic">Boehmeria nivea</Emphasis> L.): identification,expression, and potential roles of novel microRNAs in regulation of cadmium stress response

Background

MicroRNAs (miRNAs) regulate numerous crucial abiotic stress processes in plants. However, information is limited on their involvement in cadmium (Cd) stress response and tolerance mechanisms in plants, including ramie (Boehmeria nivea L.) that produces a number of economic valuable as an important natural fibre crop and an ideal crop for Cd pollution remediation.

Results

Four small RNA libraries of Cd-stressed and non-stressed leaves and roots of ramie were constructed. Using small RNA-sequencing, 73 novel miRNAs were identified. Genome-wide expression analysis revealed that a set of miRNAs was differentially regulated in response to Cd stress. In silico target prediction identified 426 potential miRNA targets that include several uptake or transport factors for heavy metal ions. The reliability of small RNA sequencing and the relationship between the expression levels of miRNAs and their target genes were confirmed by quantitative PCR (q-PCR). We showed that the expression patterns of miRNAs obtained by q-PCR were consistent with those obtained from small RNA sequencing. Moreover, we demonstrated that the expression of six randomly selected target genes was inversely related to that of their corresponding miRNAs, indicating that the miRNAs regulate Cd stress response in ramie.

Conclusions

This study enriches the number of Cd-responsive miRNAs and lays a foundation for the elucidation of the miRNA-mediated regulatory mechanism in ramie during Cd stress.

     

以回交重组自交系定位水稻萌芽期耐镉胁迫相关QTLs

水稻是世界上最主要的粮食作物之一,目前农用耕地存在土壤重金属污染的问题,而水稻对镉（Cd）等重金属的耐受性较低,进而使水稻产量和质量受到影响。定位稻种耐Cd胁迫相关数量性状基因座(quantitative trait loci, QTLs),对于指导水稻耐Cd育种具有重要意义。为发掘Cd胁迫相关基因,以粳稻02428和籼稻昌恢891衍生的124个回交重组自交系群体（backcross recombinant inbred ines,BILs）为材料,对水稻萌芽期的根长、芽长进行了分析,并对萌芽期与Cd胁迫相关的QTLs进行了定位分析。结果显示：Cd胁迫处理下,02428和昌恢891根长和芽长均受到显著抑制（P＜0.01）,其中Cd对根长的抑制强于芽长;QTL分析共检测到5个萌芽期与Cd胁迫相关的QTLs：qCdBL3、qCdRL7、qCdBL8.1、qCdBL8.2和qCdBL9分别位于水稻第3、7、8、8和9号染色体上,贡献率为6.45%~19.46%。其中,qCdBL3、qCdBL8.1、qCdBL8.2和qCdBL9与芽长相关,qCdRL7与根长相关。同时,检测到2个在对照条件下（水溶液）影响根长和芽长的QTLs：qCKBL8、qCKRL4,分别位于第8和4号染色体上,贡献率为10.53%和10.89%。比较显示,对照和Cd处理条件下控制水稻萌芽期根长或芽长的QTLs均不相同,说明Cd胁迫条件下,控制水稻根长和芽长的遗传机制可能不同于非Cd胁迫条件。研究结果为耐Cd基因的克隆和耐Cd水稻新品种的选育提供了参考。