质体G6PD3和细胞质G6PD5/6参与了乌黑粉菌HFJ311增强拟南芥对镉胁迫的耐受性

《BMC Plant Biology》：Plastid G6PD3 and cytosolic G6PD5/6 are involved in the Ustilago sp. HFJ311-enhanced tolerance to cadmium stress in Arabidopsis

　　

摘要

背景

土壤中的镉污染严重威胁着农业的安全与生产力。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶是戊糖磷酸途径中的关键限速酶，对植物的生长和抗逆性至关重要。内生真菌. HFJ311能够提升植物对镉的耐受性，但其作用机制，尤其是G6PD在此过程中的调控作用，目前仍不清楚。

研究结果

本研究表明，质体中的G6PD3与细胞质中的G6PD5/G6PD6共同作用于拟南芥中由HFJ311诱导的镉耐受性。在对照条件和镉处理条件下，HFJ311显著提升了野生型Col-0植株的幼苗生物量、叶面积、气孔密度以及光合色素含量。相比之下，在Cd+HFJ311处理条件下，g6pd5和g6pd6基因型植株的地上部鲜重，以及g6pd3基因型植株的根部鲜重均明显降低。在镉胁迫下，g6pd3/5/6三重突变体中HFJ311带来的所有促生长效应进一步减弱。从机制上看，HFJ311可上调G6PD3/5/6的表达，维持烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的平衡，同时增强抗氧化酶的活性以及抗坏血酸-谷胱甘肽循环的效率，从而减轻活性氧的产生和氧化损伤。此外，HFJ311还会下调镉转运基因的表达，进而减少镉从根部向地上部的运输。g6pd3/5/6突变体的氧化还原平衡被打破，导致镉的转运加剧，并引发一氧化氮的过量生成。不过，作为一氧化氮清除剂的2-苯基-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧基-3-氧化物可以完全消除HFJ311在镉胁迫下的保护作用，这说明一氧化氮与HFJ311的促生长效应有关。

结论

总体而言，我们的研究揭示了一种新的机制：G6PD3/5/6作为核心调控因子，通过整合氧化还原平衡、镉的转运与螯合作用，介导内生真菌提升植物对镉的耐受性。