PsGSH1基因通过增强抗氧化防御和螯合能力介导植物锌耐受性的机制研究

本研究通过转录组分析发现银露梅(Ps)GSH1基因在锌(Zn)胁迫下显著激活。功能验证表明，PsGSH1过表达能显著提高酵母和拟南芥的Zn耐受性，通过增强抗氧化酶(SOD/POD/CAT)活性、提高谷胱甘肽(GSH)和脯氨酸(Pro)含量、降低氧化损伤指标(MDA/O2-/H2O2)，并上调重金属解毒相关基因(AtPCS1/2)表达，为植物Zn耐受机制研究和修复植物培育提供了新思路。

　　

Highlight

土壤锌(Zn)污染对生物体构成严重威胁。本研究探讨了银露梅(Potentilla sericea)谷胱甘肽(GSH)合成酶基因PsGSH1在Zn胁迫响应中的功能。转录组分析显示，Zn胁迫显著激活了GSH代谢通路并诱导PsGSH1表达。PsGSH1启动子区含有多个胁迫响应顺式作用元件。功能实验证明PsGSH1过表达显著增强了酵母和拟南芥的Zn耐受性。

Plant materials and growth conditions

选取生长状态均一、高度3-5cm的银露梅幼苗作为实验材料，采集自东北林业大学园林学院实验田(东经126°63′，北纬45°72′)。野生型拟南芥(Col-0)和本氏烟草种子由同一实验室保存提供。所有载体信息见图S1。植物材料均在1/2MS培养基中培养。

Assembly, alignment, and functional annotation of transcriptome sequencing data

采用相对根伸长(RRE)50%对应的Zn胁迫浓度(EC₅₀)作为转录组分析阈值。Zn胁迫处理14天后，收集两个根样品(Zn0和Zn400)，其表型见图1A。高通量测序共获得52.45Gb clean data，各样品数据量均超过6.17Gb，Q30>93.5%。通过Trinity软件组装获得85，327条unigenes，N50为1，562bp。所有unigenes在七大数据库中的注释率均超过50%。

Expression characteristics of PsGSH1 in response to Zn stress in P. sericea

土壤Zn污染对植物生产力和人类健康构成双重威胁。植物Zn耐受性是由多基因和代谢通路共同调控的复杂性状，其中GSH在Zn诱导的氧化应激中起着关键调控作用。因此，筛选耐逆植物、分离Zn响应基因并解析其分子机制具有重要意义。qRT-PCR分析显示PsGSH1在根中表达量最高，且受Zn胁迫显著诱导。启动子分析发现其含有ABRE、MBS、LTR等逆境响应元件。亚细胞定位显示PsGSH1主要定位于细胞质。

Conclusion

PsGSH1通过促进GSH积累和上调GSH生物合成及Zn响应通路相关基因的表达，增强拟南芥对Zn的耐受性。酵母功能验证进一步证明PsGSH1在改善Zn胁迫耐受性方面具有保守功能。本研究确立了银露梅作为有价值的Zn耐受种质资源，并将PsGSH1确定为候选功能基因，为阐明GSH介导的Zn耐受分子机制奠定了基础。