硒--汞互作通过调控内源H2S抑制不结球白菜根生长机理研究

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硒(Selenium,Se)是动植物体内一种不可缺少的微量元素,它具有多种生物学功能,在动植物体内新陈代谢中起着重要的作用,低浓度的硒可以在植物的生长发育过程中发挥有利的作用。汞(Mercury,Hg)是一种全球备受关注的毒性金属元素之一,它是一种持久性、生物积累性的高毒物质。硒与汞之间的拮抗作用早已被熟知,然而关于硒-汞互作对植物产生协同毒害的作用报道却很少。本文为了研究硒-汞互作对不结球白菜(B.rapa subsp.chinensis)产生毒害的机理,经过预试验筛选出来4μM硒与1μM汞的浓度,且采用H2S特异性荧光探针WSP-1来跟踪研究H2S对根生长的调控机理,通过探索MTF-MRE(转录因子-重金属响应元件)的系统初步揭示不结球白菜响应重金属胁迫的分子机制,试验结果如下:  1、硒(4μM)与汞(1μM)混合处理组显著地抑制了幼苗根部的生长,减少了根的鲜重,增加了总活性氧(ROS),超氧阴离子(O2-)与死细胞的荧光密度,加深了过氧化氢(H2O2),脂质过氧化和质膜完整性的染色程度;提高了过氧化物酶(POD),谷胱甘肽过物氧化酶(GPx)与谷胱甘肽硫转移酶(GST)的活性,而降低了超氧化物歧化酶(SOD)的活性,对过氧化氢酶(CAT)活性没有影响。此外,减少了抗坏血酸(AsA)含量,增加了还原型谷胱甘肽(GSH)荧光密度。这些结果表明硒-汞互作加强了对不结球白菜生理毒害作用,也表明两者在此浓度下表现为毒性的协同作用关系。  2、硒(4μM)与汞(1μM)混合处理后,不结球白菜根内的H2S含量增加,其根生长速率的抑制比随着时间梯度增加而增加;加入2mM NaHS可以显著增加不结球白菜根部H2S的含量,缓解硒汞处理对其根生长的抑制、减少ROS的过量积累,减轻根部的氧化损伤,减少细胞的死亡。而外源添加H2S合成酶抑制剂PAG(0.5μM)和H2S清除剂HT(16μM)后却可以逆转NaHS的作用。以上结果表明内源H2S参与了硒-汞处理抑制不结球白菜根生长的调控过程。  3、在不结球白菜基因组BRAD里,依据人类与老鼠中的MTF-1氨基酸序列进行比对分析,筛选出了四个MTF-1基因,并进行了克隆、基因表达分析和生物学分析。结果显示测序得到的四个MTF-1基因序列与数据库筛选出的基因具有很高的相似性,硒-汞处理对MTF-1基因表达具有显著性影响,而响应重金属胁迫的部分Rbohs基因的启动区域含有典型的MREs元件。SMART软件分析显示四个MTF-1氨基酸具有典型的锌指链结构,且蛋白结构分析显示不结球白菜体内MTF-1蛋白在结构上与人类以及老鼠中的具有一定的相似特性。以上结果表明不结球白菜体内极可能含有响应重金属胁迫的MTF-MRE系统。
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