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为解决大豆受潜在有毒金属 / 类金属（PTM）胁迫致生产力受阻问题，研究人员开展纳米硒（nSe）与砷酸盐（AsV）对大豆幼苗基因转录调控及信号代谢级联影响研究，发现 nSe 可调控激素信号缓解 AsV 毒性，为抗污染提供思路。
在农业生产的广袤天地中，土壤里潜伏着看不见的 “杀手”—— 有毒金属与类金属（PTM），正悄悄侵蚀着农作物的健康。砷（As）便是其中臭名昭著的一员，作为土壤中高毒性污染物，即便微量也会对植物和人类构成严重威胁，在中国及全球多个地区，砷污染已成为制约农业可持续发展的棘手难题。大豆（Glycine max L. Merrill）作为全球重要的食用油和蛋白质来源，其产量却因砷胁迫等问题显著受阻。如何让大豆在污染土壤中 “顽强生长”，成为科研人员亟待攻克的课题。
为揭开大豆应对砷胁迫的分子机制，华南农业大学等国内研究机构的科研团队展开了深入研究。他们聚焦于纳米硒（nSe）这一具有独特理化性质和生物活性的材料，探究其与土壤中常见的砷酸盐（AsV）相互作用时，对大豆根系基因表达、信号传导和代谢通路的影响。研究成果发表在《BMC Plant Biology》，为解析大豆的抗砷机制提供了新视角。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：
- 转录组测序（RNA-seq）：对不同处理（对照、AsV、nSe+AsV）的大豆根系进行测序，分析基因表达差异。
- 内源激素定量分析：采用 LC-MS 技术测定大豆根系中赤霉素（GA?）、脱落酸（ABA）、吲哚乙酸（IAA）、水杨酸（SA）等内源激素含量。
- 实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）：随机选取差异表达基因（DEGs）进行验证，确保转录组数据的可靠性。
研究结果
转录组分析与差异表达基因（DEGs）鉴定
通过 RNA-seq 分析，在不同处理组中鉴定出 21,351 个 DEGs。主成分分析（PCA）显示各处理组样本具有良好的区分度， Pearson 相关系数分析表明重复样本间相关性高（R2>0.979），验证了数据的可靠性。KEGG 富集分析发现，苯丙烷生物合成和植物激素信号转导通路在各处理中显著富集，其中苯丙氨酸代谢和水杨酸通路在 nSe 缓解 AsV 毒性中起关键作用。
纳米硒对植物激素信号通路的调控
在生长素信号通路中，nSeA（10 μmol/L nSe+AsV）处理可使因 AsV 胁迫下调的 AUX1 基因表达恢复正常，AUX/IAA 和 SAUR 基因表达也趋于稳定。细胞分裂素、赤霉素、脱落酸等信号通路中相关基因（CRE1、GID1、SnRK2s）在 AsV 胁迫下表达异常，而 nSeA 处理后表达恢复。水杨酸信号通路中，nSeA 处理使因 AsV 胁迫上调的 NPR1、TGA、PR-1 基因表达趋于正常，表明 nSe 可通过调控激素信号通路缓解 AsV 毒性。
内源激素含量变化
AsV 胁迫导致大豆根系中 GA?、IAA、SA 含量显著降低，ABA、MeJA 含量升高。nSe 处理后，GA?、IAA、SA 含量显著回升，其中 nSeB（25 μmol/L nSe+AsV）处理使 GA?含量较 AsV 胁迫组增加 135.57%，nSeA 处理使 SA 含量增加 76.20%。ABA 含量在 nSe 处理后进一步升高，可能与植物应激响应有关。
苯丙氨酸代谢与水杨酸通路的协同作用
KEGG 分析显示，苯丙氨酸代谢通路在 nSeA 处理组中显著富集。该通路中，nSe 可调节酰胺酶、酪氨酸转氨酶（TAT）等基因表达，促进苯丙氨酸向水杨酸转化。水杨酸作为重要的信号分子，可增强抗氧化酶活性，减少活性氧（ROS）积累，从而缓解 AsV 诱导的氧化应激。
活性氧（ROS）清除相关基因表达
AsV 胁迫下，超氧化物歧化酶（CCS）基因表达上调，而 nSeA 处理使其表达恢复正常。谷胱甘肽转移酶（GST）基因在 nSe 处理后表达下调，可能与 ROS 清除效率提高有关。硫氧还蛋白（TRX1）基因在 AsV 胁迫下表达抑制，nSe 处理后表达显著改善，表明 nSe 通过多途径增强大豆根系的抗氧化防御能力。
研究结论与意义
本研究首次通过 RNA-seq 揭示了 nSe 缓解大豆根系 AsV 毒性的分子机制。结果表明，nSe 可通过调控苯丙氨酸代谢和水杨酸通路，增强抗氧化防御系统，减少 ROS 对细胞的损伤，同时调节多种植物激素信号传导，恢复因 AsV 胁迫紊乱的生理代谢。这一发现为开发基于纳米硒的土壤污染修复技术和抗砷作物品种提供了理论依据，对保障污染地区大豆安全生产和农业生态可持续发展具有重要意义。然而，nSe 与植物激素信号网络的复杂互作机制仍需进一步深入研究，以全面揭示其协同抗逆的分子基础。
