海马齿根系响应铜胁迫的分子机制：抗氧化系统-铜螯合转运-代谢协同调控网络解析

针对铜污染环境下植物适应性机制不清的问题，研究人员通过生理生化与转录组学分析，揭示海马齿(Sesuvium portulacastrum)根系通过GSH-AsA循环、金属螯合(ZIP/YSL家族)和MAPK信号通路协同调控铜耐受性，为重金属植物修复提供新靶点。

　　

随着工业活动加剧，土壤铜污染已成为全球性环境问题。铜(Cu)作为植物必需微量元素，在光合作用和呼吸代谢中发挥关键作用，但过量铜会引发离子失衡和氧化应激，导致作物减产甚至死亡。海马齿(Sesuvium portulacastrum)这种盐生植物展现出非凡的逆境适应能力，其根系能高效富集重金属，是研究植物耐铜机制的理想模型。然而，这种"植物勇士"如何通过分子层面的精密调控来抵御铜毒害，仍是未解之谜。

海南省重大科技项目支持下的研究团队在《Plant Science》发表重要成果。研究人员采用多组学联用策略：通过设置0-200 μM铜梯度处理，结合表型观测（鲜重、株高）、生理指标检测（MDA、ROS）及RNA-seq测序，系统解析了海马齿根系响应铜胁迫的分子网络。

【Plant material and sampling】实验采用海南澄迈采集的海马齿茎段，经30天水培+30天Hoagland溶液预培养后，设置6组铜处理浓度（0-200 μM），7天后取样分析。

【Plant growth response】结果显示：200 μM铜处理使株高降低42%，鲜重减少35%，但根系仍保持活力。生理检测发现100 μM时氧化损伤最显著（MDA含量达峰值），表明该浓度是氧化应激阈值。

【关键发现】转录组鉴定出9454个差异基因(DEGs)，主要富集于三大通路：①抗氧化防御系统（SOD、CAT、APX活性上调2.1-3.8倍）；②铜离子调控网络（ZIP转运体和金属硫蛋白基因表达量变化4-12倍）；③代谢重编程（糖酵解和TCA循环相关酶基因差异表达）。共表达网络锁定6个核心基因，包括铜伴侣蛋白(COPT)和谷胱甘肽合成酶(GS)。

研究揭示海马齿采用"三位一体"防御策略：细胞壁果胶优先固定铜离子；金属硫蛋白和植物螯合肽(PCs)实现细胞内隔离；通过激活SOD-CAT-APX级联反应与GSH-AsA循环清除ROS。特别发现YSL家族转运体可能通过SUMO化修饰调控铜转运，这为理解植物金属稳态提供了新视角。

该研究首次绘制出海马齿耐铜的分子图谱，其发现的铜耐受相关基因和通路可为作物抗逆育种提供候选靶点。更值得关注的是，研究中鉴定的金属螯合系统与抗氧化酶协同作用机制，为开发重金属污染土壤的植物修复技术奠定了理论基础，对实现农业可持续发展具有重要生态价值。