综述：叶绿体：镍胁迫下的结构与功能变化，以及通过组学方法探究的耐受机制

《Plant Cell Reports》：Chloroplast: structural and functional alteration under nickel stress and tolerance mechanism via the omics approach

镍离子胁迫通过破坏叶绿体超微结构、色素稳定性及光合效率等机制影响植物生理功能，其双重作用（必需微量元素与毒性）受环境浓度阈值调控。工业化和人类活动导致环境中镍含量普遍超标，引发植物代谢紊乱。基于基因组学、转录组学等"组学"技术揭示了植物通过应激相关蛋白、渗透调节物、螯合剂及抗氧化系统等分子机制实现自适应性耐受。该综述首次系统整合了多组学数据，阐明叶绿体作为主要应激感应器的分子响应网络，为重金属污染治理提供新视角。

　　

摘要

核心信息

镍胁迫会导致叶绿体发生显著的结构和功能变化，从而降低光合作用效率。基于组学的方法能够更深入地了解叶绿体的耐受机制，并帮助识别参与胁迫适应的关键途径。

摘要

叶绿体是进行光合作用、代谢调节和维持氧化还原平衡的重要细胞器。然而，多种非生物胁迫（包括镍离子Ni²?）会对其功能产生负面影响。镍离子具有双重特性：在微量存在时，它是必需的微量营养素（尤其是对氮代谢而言）；但超过一定浓度后则会产生毒性作用。快速的工业化和人类活动导致环境中镍离子浓度升高，常常超过安全限值。过量镍离子的积累会引发生物系统的多种变化。在本综述中，我们重点讨论了镍离子对叶绿体超微结构、色素稳定性、光合作用效率以及氧化还原平衡的破坏作用。在胁迫条件下，叶绿体作为主要的胁迫传感器，会触发相应的适应反应。为了应对这些胁迫，叶绿体通过多种适应策略来发挥自我耐受能力。本综述首次利用“组学”研究方法全面阐述了叶绿体的胁迫耐受机制。组学是一种非常有效的研究方法，涵盖了基因表达、蛋白质合成和代谢物积累等多个方面。组学研究主要包括蛋白质组学、基因组学、代谢组学、转录组学和离子组学等。在组学研究中，尤其是基因组学和转录组学过程中，上调的基因和转录本如何转化为具有功能性的成分仍存在争议。此外，本文还总结了叶绿体通过相关蛋白、渗透保护剂、螯合剂和抗氧化系统等途径实现胁迫耐受的分子机制。总之，叶绿体具备自我耐受能力，使其能够克服镍离子引起的胁迫。