细胞色素P450酶PscCYP716A1通过油菜素内酯途径增强杨树铅耐受性与修复能力的机制研究

本研究揭示了杨树细胞色素P450基因PscCYP716A1通过调控油菜素内酯（BR）生物合成途径，显著提升杨树对铅污染（Pb）的耐受性与富集能力。该基因通过增强抗氧化系统活性与金属螯合作用，为城市土壤Pb污染修复提供了新型遗传改良靶点（RNA-seq、RNAi），具有重要生态修复应用价值。

　　

Highlight

INTRODUCTION

当前全球超过半数土地受到重金属或类金属污染（Li等，2024）。其中铅（Pb）因其持久性、高毒性以及通过食物链威胁健康的潜力，成为最具危害性的污染物之一（Jabeen等，2009；Xiao等，2021）。值得注意的是，Pb即使在极低浓度下也会损害动植物发育，对儿童神经系统的影响尤为严重（Abdujabbarova等，2023）。

Materials

本研究所用植物材料为84K杨（Populus 84K），由四川农业大学提供。组培苗在木本植物培养基（WPM）中于22°C、16小时光照/8小时黑暗循环（150 μmol m^?2s^?1）、70%湿度条件下培养。每升WPM培养基包含：2.42克WPM基础盐、30克蔗糖、0.56克四水合硝酸钙及7.0克琼脂。灭菌前使用1mM NaOH将pH调节至5.8±0.1。

Acquisition of transgenic plants and expression of PscCYP716A1 gene

为探究PscCYP716A1功能，我们构建了含有该基因的过表达和RNA干扰表达载体（图1B，C）。通过PCR筛选鉴定出4株阳性过表达杨树和4株RNAi杨树（图1D，E）。定量分析显示过表达株系OE-13和OE-42表达量显著高于野生型（WT），而RNAi株系Ri-33和Ri-23表达量明显降低（图1F，G）。

Discussion

城市土壤Pb污染是严峻问题，开发有效治理策略迫在眉睫。本研究首次证实PscCYP716A1在增强杨树Pb耐受性、积累能力和转运能力中的重要作用，初步阐明了该基因缓解土壤Pb污染的生理调控网络。结果表明PscCYP716A1不仅通过BR合成途径协调抗氧化防御与金属螯合机制，更为Pb污染土壤修复提供了分子育种新靶点。

Conclusion

本研究通过对比野生型与PscCYP716A1过表达杨树在Pb胁迫下的生长表现，揭示该基因通过介导BR生物合成途径增强Pb耐受性与富集能力，其作用机制涵盖抗氧化防御与金属螯合作用的协同调控。该发现为Pb污染土壤修复提供了创新策略，也为培育高铅富集林木新品种提供了关键基因靶标。