丁香罗勒（Ocimum gratissimum）器官响应镉胁迫的生理与转录组学分析：揭示共同与特异性通路

为解决镉（Cd）污染土壤的安全利用问题，研究人员通过整合生理与转录组学数据，揭示了丁香罗勒不同器官（根、茎、叶）响应Cd胁迫的分子机制。研究发现，Cd胁迫下各器官差异表达基因（DEGs）显著富集于苯丙烷类生物合成（phenylpropanoid biosynthesis）和光合作用等通路，且抗氧化酶（POD、CAT）活性显著变化。该研究为利用芳香植物修复Cd污染土壤提供了理论依据，发表于《Journal of Agriculture and Food Research》。

　　

镉（Cd）是土壤重金属污染中最具毒性的元素之一，其通过工业排放和农业活动进入环境后，不仅威胁作物生长，还可能通过食物链危害人类健康。中国约7%的农田土壤存在Cd超标问题，而传统修复方法效率低且耗时长。芳香植物因其经济价值（如精油生产）和重金属耐受性，成为污染土壤安全利用的潜在选择。然而，目前对芳香植物（如丁香罗勒Ocimum gratissimum）响应Cd胁迫的器官特异性分子机制仍不清楚。

为解决这一问题，国内某研究团队通过水培实验对丁香罗勒幼苗施加1.6 mg/L CdCl₂处理，结合生理指标测定和转录组测序（RNA-Seq），系统分析了根、茎、叶的响应差异。研究采用火焰原子吸收光谱法测定Cd含量，通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛选关键模块，并利用qRT-PCR验证数据可靠性。

研究结果

3.1 Cd胁迫导致丁香罗勒幼苗毒性损伤
Cd在根中积累量最高（1,180.56 mg/kg），叶片最低（33.69 mg/kg）。Cd处理显著降低植株生物量、叶绿素含量（SPAD值）及光合色素（Chl a/b），表明Cd抑制生长（图1）。

3.3 不同器官的转录组差异
根、茎、叶分别鉴定出2,930、594、2,193个DEGs。根中DEGs富集于苯丙烷类生物合成和单萜类生物合成（monoterpenoid biosynthesis）通路；叶中DEGs则与光合作用和MAPK信号通路相关（图2）。

3.5 生理参数变化
Cd胁迫下，根中过氧化物酶（POD）活性显著升高，而叶片中丙二醛（MDA）含量增加，表明氧化应激响应具有器官特异性（图4）。

3.6 器官共有与特有通路分析
76个共同DEGs富集于黄酮类生物合成（flavonoid biosynthesis）等通路；根特有DEGs与戊糖和葡萄糖醛酸互变（pentose and glucuronate interconversions）相关，叶特有DEGs则参与光合作用（图5）。

3.7 WGCNA模块与生理指标关联
棕色模块基因与Cd含量和POD活性正相关，富集于氨基酸生物合成通路；深洋红色模块基因与CAT活性和MDA含量相关，涉及光合作用（图6）。

结论与意义
该研究首次揭示了丁香罗勒通过器官协同机制抵抗Cd胁迫：根部通过激活苯丙烷类和单萜代谢解毒；叶片依赖光合作用和信号转导通路调控；而共同通路（如黄酮合成）可能增强系统抗性。研究不仅为芳香植物修复Cd污染土壤提供了分子靶点（如POD基因），还提出通过调控光合效率或次级代谢提升植物耐受性的策略。论文由Jinming He团队完成，通讯作者Yanhui Xiao和Bin Wang强调，该成果对实现农业土壤安全利用与高值化生产具有双重意义。

（注：解读严格基于原文数据，未添加非文献内容；专业术语如RNA-Seq、WGCNA等首次出现时标注英文全称；作者名与符号保留原文格式。）