昆明植物所揭示烟酰胺缓解重金属Cd对植物毒性的机制

　　 　

重金属胁迫是植物面临的最重要的非生物胁迫之一。过量的重金属会抑制植物基本的生理活动，破坏代谢过程，损害细胞结构和功能，导致植物生长停滞甚至死亡。植物自身能通过由许多小分子物质或蛋白参与的螯合、抗氧化和区室化作用等解毒过程来应对重金属，从中发掘的一些重要的代谢物可以外用来缓解重金属对植物的毒性。

烟酰胺是生物体中辅酶I和辅酶II的组成部分，在植物中参与对氧化胁迫的响应。少量研究报道了外源烟酰胺能够促进植物对重金属的耐受性，但对其作用机制知之甚少。中国科学院昆明植物研究所资源植物与生物技术重点实验室许建初研究团队发现重金属镉Cd胁迫会诱导水生植物大薸（Pistia stratiotes?L.）中烟酰胺含量上升，而外源添加适宜浓度的烟酰胺（200 μM）能有效缓解Cd（10 mg L-1）对大薸的毒害。在此基础上，研究团队整合了植物生理学、转录组学和代谢组学方法对外源烟酰胺缓解植物中Cd毒性的机制进行深入研究。

研究结果表明，外源烟酰胺启动了一系列生理、转录和代谢反应来减轻Cd对大薸光合作用的抑制和氧化胁迫。烟酰胺处理促进了Cd从大薸根部向叶片的转移，减轻了根部的Cd损伤。转移到大薸叶片中的Cd没有产生进一步的毒性，因为大量的Cd被隔离在细胞壁中，这可能是由木质素合成介导的。同时，烟酰胺处理还能通过诱导关键基因（如Chlorophyll A-B binding protein和PSII repair protein编码基因）修复Cd胁迫下叶片的光系统II，从而维持叶片的最大光化学效率（Fv/Fm）。此外，叶片中抗氧化酶（如POD和CAT）活性和抗氧化物质（如Stachydrine和Curculigoside）的合成也被诱导以抵抗氧化胁迫。

该研究促进了对植物—重金属互作机制的理解，为提高植物对重金属的耐受性提供了理论基础。研究结果以Integrated ultrastructural,physiological,transcriptomic,and metabolomics analysis uncovers the mechanisms by which nicotinamide alleviates cadmium toxicity in Pistia stratiotes L.为题发表在国际期刊Journal of Hazardous Materials。中国科学院昆明植物研究所李雄博士为论文第一作者，许建初研究员为论文通讯作者，科研助理胡娜、杨婷工程师和多名研究生（李燕双、唐海生和黄旭梅）参与了该项工作。研究得到了中国科学院青年创新促进会（2020387）和云南省科学技术厅项目（202302AE090023、202205AM070007和202201AT070185）的支持。

文章链接

图1?论文的Graphical abstract

图2?外源烟酰胺对大薸吸收和转运Cd的影响