砷（As）是一種強(qiáng)力的致癌物質(zhì)，對所有生命形式都有毒。砷在農(nóng)作物中的積累威脅著人類健康。水稻是全世界約一半人口的主食，是一種有效的砷積累者。水稻和水稻食品的消費(fèi)是人類現(xiàn)有幾種砷暴露方式中整體砷暴露的主要原因之一。硒（Se）是許多物種（包括人類）必不可少的營養(yǎng)元素，也被認(rèn)為對植物有益。在本文研究者較早的研究中，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充硒可以通過減少砷的積累并通過提高抗氧化劑的效率和營養(yǎng)元素的含量來減輕氧化應(yīng)激，從而減輕水稻中砷的誘導(dǎo)毒性。但仍需進(jìn)行詳細(xì)的分子分析以闡明水稻中As + Se相互作用的深度機(jī)理。

本研究的目的是整合基因組和蛋白質(zhì)組動力學(xué)，了解As + Se相互作用中轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的變化，以了解水稻中Se介導(dǎo)的As毒性改善。

雜志：Journal of Hazardous Materials

影響因子：9.038

發(fā)表時間：May 2020

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420301102

摘要

砷（As）是一種慢性毒藥和非閾值致癌物，是大米中的一種食物鏈污染物，會造成單產(chǎn)下降以及嚴(yán)重的健康風(fēng)險。硒（Se）是一種微量元素，是砷毒性的已知拮抗劑。研究通過轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析，以及形態(tài)分析，對參與硒介導(dǎo)的砷脅迫改善的分子作用進(jìn)行了探索。補(bǔ)充硒后，研究者觀察到砷導(dǎo)致的包括細(xì)胞壁和細(xì)胞膜分解引起的結(jié)構(gòu)畸形的修復(fù)。在As + Se暴露組中，砷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因NIP1; 1、NIP2; 1、ABCG5、NRAMP1、NRAMP5、TIP2; 2以及硫酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SULTR3; 1和SULTR3; 6的表達(dá)量比單獨(dú)砷暴露組的高，這使砷的積累和毒性減少。此外， As + Se暴露下，調(diào)控因子如AUX/IAA、WRKY和MYB TFs等的表達(dá)量較高。As + Se暴露下GST、PRX和GRX的上調(diào)表明了砷誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激的改善。在As + Se暴露組中，參與光合作用、能量代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和ROS穩(wěn)態(tài)的蛋白質(zhì)豐度高于單獨(dú)砷暴露組。研究確定了應(yīng)對水稻中砷毒性的硒反應(yīng)途徑、基因和蛋白質(zhì)。

主要結(jié)果

本研究報告了水稻轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組圖譜的全面整合，以建立硒介導(dǎo)的砷脅迫緩解機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（如NIP1；1，NIP2；1（Lsi1），NRAMP1，NRAMP5和ABC家族）在調(diào)節(jié)As和Se相互作用中起主要作用，不僅導(dǎo)致As積累減少，而且導(dǎo)致Se水平升高。另外，硫酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和液泡轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的作用也很明顯。此外，根和芽生長的形態(tài)學(xué)特征（根、根毛等的數(shù)目）和解剖學(xué)特征（表皮、外皮層、厚壁組織和皮質(zhì)區(qū)）與許多轉(zhuǎn)錄因子的增強(qiáng)表達(dá)相關(guān)，激素如IAA31、IAA14和WRKY17、WRKY27和WRKY52與As + Se暴露過程中的植物的生長和As耐受性有關(guān)。生長素響應(yīng)SAUR基因，被認(rèn)為是適應(yīng)生長發(fā)育的工具，在As + Se暴露下也顯示出明顯的上調(diào)?？寡趸福℅ST30，GST29，PER2，PER12，BAS1和谷氧還蛋白，OsGrx_C7）的表達(dá)增加，證明了Se對As毒性的拮抗作用?；虮磉_(dá)的變化通過參與光合作用、能量代謝、防御和轉(zhuǎn)運(yùn)的相應(yīng)蛋白質(zhì)的表達(dá)增強(qiáng)來證實(shí)。本文通過對生長、解剖特征以及基因和蛋白質(zhì)譜的分析，提供了對As-Se相互作用的代謝網(wǎng)絡(luò)的更深刻的見解，顯示Se介導(dǎo)了各種代謝途徑和過程的良好協(xié)調(diào)反應(yīng)，從而緩解了水稻對As脅迫的反應(yīng)。

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