南方稻油輪作區(qū)為糧油作物生產(chǎn)提供了得天獨厚的氣候、土壤條件，但是該區(qū)域稻田土壤鎘含量超標(biāo)的問題不容忽視。對于湖南地區(qū)糧油作物來說，如何培育出可食用部位Cd低積累（或不積累），而其他生物量（比如秸稈）Cd 適度積累的“修復(fù)型作物”將是解決這一問題比較理想的策略。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，有兩個至關(guān)重要的理論瓶頸需要取得突破；植物體內(nèi)重金屬Cd的定向分配機理。植物對重金屬Cd耐受機理。

　　近日（6月24日）湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)張振華老師課題組在國際*期刊Journal of Experimental Botany （5年影響因子6.3）發(fā)文“Multiomics landscapes uncover the pivotal role of subcellular reallocation of cadmium in regulating rapeseed resistance to cadmium toxicity ” 。闡明了油菜地上部液泡鎘區(qū)隔能力強，以及地下部細(xì)胞壁鎘阻隔能力強是油菜有更高鎘抗性的根本原因：本課題利用196份油菜核心品系，從中篩選出鎘毒抗性品種Z11和鎘毒敏感品種W10，二者在鎘毒脅迫下具有顯著的表型差異。Z11和W10植株器官水平鎘濃度并無顯著差異；然而，Z11地上部液泡和根部細(xì)胞壁鎘濃度顯著高于W10，這說明鎘的液泡區(qū)室化分隔和細(xì)胞壁固定可能是二者鎘毒抗性差異的主要生理原因。通過比較轉(zhuǎn)錄組測序分別鑒定到91個鎘的液泡轉(zhuǎn)運蛋白BnaABCs基因、154個果膠甲酯酶基因BnaPMEs在Z11和W10中存在差異表達。UHPLC-MS通過對Z11和W10的代謝指紋圖譜進行鑒定，發(fā)現(xiàn)二者在地上部含硫化合物（包括谷胱甘肽等）和根部細(xì)胞壁多糖（主要是果膠）存在顯著的代謝豐度差異。外源添加谷胱甘肽可減小Z11和W10的鎘毒抗性差異；利用傅里葉變換紅外光譜儀鑒定出Z11細(xì)胞壁/果膠具有較低的甲基酯化度，具有較強的細(xì)胞壁固定鎘能力。

　　該文章*作者為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)張振華教授，通訊作者為鄭州大學(xué)華營鵬博士。

　　值得一提的是，5月份湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)張振華課題組在國際*期刊Plant Cell and Environment發(fā)文（影響因子5.4） “The Arabidopsis defensin gene AtPDF2.5 mediates cadmium tolerance and accumulation” ，揭示防御素基因AtPDF2.5調(diào)控重金屬鎘定向分配和耐受的分子生物學(xué)機制。該文章*作者為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)羅勁松博士，通訊作者為張振華教授。

　　綜上所述，通過正反遺傳學(xué)的方法，研究糧油作物對Cd的分配轉(zhuǎn)運機理，找到特異調(diào)控Cd定向分配和耐受的關(guān)鍵基因，培育糧油作物秸稈等作為介質(zhì)的修復(fù)型作物，是解決重金屬污染的有效策略。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)張振華老師課題組已經(jīng)探索出實現(xiàn)水稻鎘定向分配和油菜鎘超積累修復(fù)的分子生物學(xué)機制，為培育籽粒低鎘積累水稻品種和鎘修復(fù)型油菜品種提供理論支撐。

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