外源ABA促进超积累植物东南景天向上运输和积累镉的机理研究

It is suggested that ABA inhibit Cd transport from root to shoot in most of plant species. However, we got an opposite result in Sedum alfredii, a Cd hyperaccumulator. Transporter YSL and HMA are the key of Cd transport cross membrane into the vascular. In this project, firstly, we study on the YSL and HMA synthesis and distribution in root cell to clarify that ABA regulate Cd up-transport mediated by YSL and HMA. Secondly, we plan to investigate the effect of ABA on the suberization of endodermis and the components of cell wall in roots to identify ABA improve Cd up-transport by reducing the interception of cell wall to Cd. Finally, we plan to study the molecular mechanism of ABA regulation on Cd up-transport in roots of S. alfredii by transcription analysis. The results of this project will open our thinking and system of research on ABA regulatory mechanism of ion uptake and transport in plant, and expand the application of ABA on phytoremediaton of Cd polluted soil.

多数研究表明脱落酸（ABA）抑制植物积累重金属，但我们发现外源ABA促进超积累植物东南景天体内Cd的向上运输和地上部累积。从根系内皮层向中柱的转运是Cd向上运输的关键。因此，我们首先从中柱跨膜关键载体YSL和HMA入手，探索ABA是否通过调控YSL和HMA从而介导Cd向中柱的跨膜转运；其次，分析ABA是否通过调控根部结构木栓化和细胞壁组分的合成，从而减少细胞壁对Cd的拦截，促进Cd的质外体运输；最后，通过根部转录组分析，从整体水平探索ABA调控Cd向上运输的分子机制。本项目研究结果，极有可能从理论上丰富ABA调控植物积累重金属的生理机制，扩展ABA在植物修复实践中的应用。

东南景天是一种Cd超积累植物。我们以前发现ABA具有促进东南景天向上运输和积累Cd的效应。.首先，系统研究了东南景天体内ABA与Cd的互作规律，获得0.2mg/L ABA和100 μmol/L Cd 是ABA与Cd共同处理的最适条件。发现外源ABA通过调节内源ABA代谢从而影响内源ABA水平，同时施用ABA后东南景天抗氧化活性增高，提高东南景天对Cd的耐性。第二，着重研究了0.2mg/L ABA处理对东南景天体内Cd转运系统转录水平的影响。发现HMA4，HMA2，HMA3，CAD，NAS在ABA影响东南景天Cd吸收及积累中发挥重要的作用，其中HMA4在根中的表达，以及HMA3, CAD, NAS在茎中的表达与内源ABA水平显著相关，暗示ABA有可能促进HMA4在根中的表达，从而增强东南景天向上转运Cd的能力。最后，采用转录组、代谢组和离子组分析技术，初步构建东南景天向上运输Cd的ABA调控网络，即：外源ABA通过影响内源ABA代谢酶活性，增加内源ABA水平。根部内源ABA上升诱导根系和地上部HMA4转录水平上调，进而促进Cd的向上转运；引起根系HsfA4c（热激蛋白）转录水平上调，诱导东南景天体内的防御系统启动；根部内源ABA上升可能促进谷胱甘肽、半胱氨酸含量增加，一方面有利于细胞内Cd的解毒；另一方面有利于Cd形成螯合物向上转运；内源ABA水平增加促进细胞壁合成、果胶合成及其向果胶酸转化，特别是类苯基丙烷生物合成途径，促进细胞壁对Cd的吸附和固持。.本项目的科学意义在于：初步揭示ABA主要通过调控根系HMA4从而促进东南景天向上运输Cd，为今后进一步揭示ABA的调控机制研究提供新的方向。因为ABA信号的传导和调控效应的体现都不是单线状态的，而是呈网络状态的，各个信号分子，各个中间代谢途径可能存在交互效应，通过转录组、代谢组和离子组学技术，从信息学角度，可以较为完全地从整体分析不同途径之间的相互关系，深入挖掘出客观的、本质的规律，构建ABA调控东南景天向上运输Cd的调控网络。总之，研究结果初步明确了ABA在东南景天向上运输Cd及Cd耐性中的效应及调控机制，为进一步揭示植物离子运输的ABA调控机制提供有力证据。