EP南农崔瑾：血红素加氧酶诱导剂抑制BcIRT1转录降低小白菜Cd吸收
nmt作为生命科学底层核心技术，是建立活体创新科研平台的*技术。2005年~2020年，nmt已扎根中国15年。2020年，中国nmt销往瑞士苏黎世大学，正式打开欧洲市场。
基本信息
主题：血红素加氧酶诱导剂抑制bcirt1转录降低小白菜cd吸收
期刊：environmental pollution
影响因子：6.792
研究使用平台：nmt重金属创新平台
标题：hemin-decreased cadmium uptake in pak choi (brassica chinensis l.)seedlings is heme oxygenase-1 dependent and relies on its by-products ferrous iron and carbon monoxide
作者：南京农业大学崔瑾、苏娜娜
检测离子/分子指标
cd2+
检测样品
小白菜根伸长区（距根尖8 mm根表上的点）和成熟区（距根尖16 mm根表上的点）
摘要
镉（cd）是农田中的主要污染物，不仅地限制了农作物的生产，而且通过进入食物链还会给人类健康带来严重威胁。之前的研究表明，hemin处理可以减少小白菜幼苗中cd的积累，然而其机制还不清楚。本研究使用非损伤微测技术（nmt）实时监测小白菜根部cd2+流速，证明hemin处理可以降低植物对cd的吸收，而不是cd在植物体内发生转移。此外，研究通过比较小白菜幼苗、野生型拟南芥及heme oxygenase-1（ho-1）突变体对不同化学处理的反应，证据了hemin是以ho-1依赖的方式降低cd的吸收。此外，对hemin降解产物的分析表明，hemin对cd吸收抑制可能通过抑制菜根中fe2+/cd2+转运体bcirt1的表达来实现的。
离子/分子流实验处理方法
① 3日龄幼苗，10 μm hemin预处理1 d再用20 μm cdcl2处理20 min（hemin/cd），对照为仅用20 μm cdcl2处理，不施加hemin预处理（-/cd）
② 3日龄幼苗用无、10 μm hemin或10 μm znpp预处理1 d，用20 μm cdcl2处理20 min
③ 3日龄幼苗用无、10 μm fe2+、10 μm corm-3或10 μm br预处理1 d，用20 μm cdcl2处理20 min
离子/分子流实验结果
采用nmt技术测定了小白菜根表面cd2+流速的变化，探讨了氯化血红素（hemin）处理后，小白菜幼苗cd含量是否由于cd吸收减少而降低。在cd胁迫下，小白菜根尖迅速吸收cd2+，在伸长区的内流速率高于成熟区（图1e和g）。与对照组相比，氯化血红素预处理显著减少了cd2+的内流，在伸长区和成熟区分别平均减少17.4%和18.5%（图1f和h）。因此，在cd胁迫下，hemin处理降低了cd的吸收，而不是cd的运输。
图1. hemin预处理对小白菜根尖不同区域的cd2+净流速的影响
znpp预处理的小白菜幼苗根部cd2+吸收速率在伸长区和成熟区分别显著提升了17.6%和6.5%（图2）。
图2.hemin或znpp预处理对小白菜根尖不同区域的cd2+净流速的影响
如图3所示，co和fe2+预处理显著降低了根系伸长区和成熟区对cd的吸收。与该结果一致的是，co和fe2+预处理的幼苗中积累的cd较少（图3）。相反，br预处理呈现出与非预处理幼苗类似的cd内流速率（图3）。综上，hemin降解的副产物co和fe2+可能是通过抑制cd的吸收共同促进了cd的耐受。
图3. fe2+、10 μm corm-3或10 μm br预处理对小白菜根尖不同区域的cd2+净流速的影响
其他实验结果
与单纯cd处理相比，hemin+cd的处理显著降低了所有被测组织（地上部分、茎、叶等）中的cd浓度。
施用hemin并不影响cd在整个植株体内的转移系数（translocation factor）。
znpp可以消除hemin对bcho-1表达的诱导作用。
hemin+znpp的预处理未能消除cd胁迫的影响，至少没有达到hemin单独预处理的程度。因此，hemin在cd耐受性中的积极作用很可能依赖于ho-1活性。
hemin增强的ho-1依赖的cd耐受性似乎在不同植物物种中具有保守性。
hemin降解产物（co、fe2+和br）对cd胁迫下植物生长的保护作用可能与hemin相似。
cd胁迫和znpp预处理显著诱导bcitr1转录，而hemin、fe2+和co预处理抑制了bcitr1的表达。
结论
本研究发现，外源hemin的施用通过ho-1依赖的方式减少cd的吸收，提高了cd的耐受性。抑制cd的吸收可能是依赖hemin的副产物fe2+和co，通过抑制bcirt1转录来实现的。
离子流实验使用的测试液
0.02 mm cdcl2 , 0.1 mm kcl , 0.3 mm mes , ph 6.0
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作者：南京农业大学崔瑾、苏娜娜
检测离子/分子指标
cd2+
检测样品
小白菜根伸长区（距根尖8 mm根表上的点）和成熟区（距根尖16 mm根表上的点）
摘要
镉（cd）是农田中的主要污染物，不仅地限制了农作物的生产，而且通过进入食物链还会给人类健康带来严重威胁。之前的研究表明，hemin处理可以减少小白菜幼苗中cd的积累，然而其机制还不清楚。本研究使用非损伤微测技术（nmt）实时监测小白菜根部cd2+流速，证明hemin处理可以降低植物对cd的吸收，而不是cd在植物体内发生转移。此外，研究通过比较小白菜幼苗、野生型拟南芥及heme oxygenase-1（ho-1）突变体对不同化学处理的反应，证据了hemin是以ho-1依赖的方式降低cd的吸收。此外，对hemin降解产物的分析表明，hemin对cd吸收抑制可能通过抑制菜根中fe2+/cd2+转运体bcirt1的表达来实现的。
离子/分子流实验处理方法
① 3日龄幼苗，10 μm hemin预处理1 d再用20 μm cdcl2处理20 min（hemin/cd），对照为仅用20 μm cdcl2处理，不施加hemin预处理（-/cd）
② 3日龄幼苗用无、10 μm hemin或10 μm znpp预处理1 d，用20 μm cdcl2处理20 min
③ 3日龄幼苗用无、10 μm fe2+、10 μm corm-3或10 μm br预处理1 d，用20 μm cdcl2处理20 min
离子/分子流实验结果
采用nmt技术测定了小白菜根表面cd2+流速的变化，探讨了氯化血红素（hemin）处理后，小白菜幼苗cd含量是否由于cd吸收减少而降低。在cd胁迫下，小白菜根尖迅速吸收cd2+，在伸长区的内流速率高于成熟区（图1e和g）。与对照组相比，氯化血红素预处理显著减少了cd2+的内流，在伸长区和成熟区分别平均减少17.4%和18.5%（图1f和h）。因此，在cd胁迫下，hemin处理降低了cd的吸收，而不是cd的运输。
图1. hemin预处理对小白菜根尖不同区域的cd2+净流速的影响
znpp预处理的小白菜幼苗根部cd2+吸收速率在伸长区和成熟区分别显著提升了17.6%和6.5%（图2）。
图2.hemin或znpp预处理对小白菜根尖不同区域的cd2+净流速的影响
如图3所示，co和fe2+预处理显著降低了根系伸长区和成熟区对cd的吸收。与该结果一致的是，co和fe2+预处理的幼苗中积累的cd较少（图3）。相反，br预处理呈现出与非预处理幼苗类似的cd内流速率（图3）。综上，hemin降解的副产物co和fe2+可能是通过抑制cd的吸收共同促进了cd的耐受。
图3. fe2+、10 μm corm-3或10 μm br预处理对小白菜根尖不同区域的cd2+净流速的影响
其他实验结果
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znpp可以消除hemin对bcho-1表达的诱导作用。
hemin+znpp的预处理未能消除cd胁迫的影响，至少没有达到hemin单独预处理的程度。因此，hemin在cd耐受性中的积极作用很可能依赖于ho-1活性。
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hemin降解产物（co、fe2+和br）对cd胁迫下植物生长的保护作用可能与hemin相似。
cd胁迫和znpp预处理显著诱导bcitr1转录，而hemin、fe2+和co预处理抑制了bcitr1的表达。
结论
本研究发现，外源hemin的施用通过ho-1依赖的方式减少cd的吸收，提高了cd的耐受性。抑制cd的吸收可能是依赖hemin的副产物fe2+和co，通过抑制bcirt1转录来实现的。
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