褪黑素通过调控苯丙烷生物合成和氧化还原基因表达增强苦荞的镉耐受性

《BMC Plant Biology》：Melatonin enhances cadmium tolerance in Tartary buckwheat by regulating phenylpropane biosynthesis and redox gene expression

　　摘要背景褪黑素（MT）是一种多功能分子，能够减轻植物中的生物和非生物胁迫，包括镉（Cd）毒性。虽然研究表明 MT 处理可以减少 Cd 造成的损伤，但其在鞑靼荞麦中如何减轻 Cd 毒性的机制尚不清楚。结果在水培实验中，我们发现镉处理（50 μM CdCl?）减少了根和芽的生长，但该处理与 100 μM（土壤中）MT 的组合显著逆转了这种生长抑制。MT 提供的保护作用与减少丙二醛（28%-33%）、超氧阴离子（9%-39%）和过氧化氢（29%-44%）的积累有关，并增加了 SOD 和 POD 的活性以及根和芽中谷胱甘肽（11%-15%）、抗坏血酸（11%-69%）和内源性 MT 的浓度，这大大减少了 Cd 毒性，维持了植物生物量并降低了氧化胁迫。同时，在其他物种中同样对抗 Cd 毒性的 FtGST1 和 FtPCS1 的表达量也增加了。重金属转运基因 FtHMA2 的表达被 Cd 诱导，但在 Cd + MT 处理下没有变化。此外，在盆栽实验中，MT 能够缓解 Cd 胁迫引起的生长抑制，减少幼苗期（66%-75%）和成熟期（0.9%-57%）各种组织中 Cd 的积累，并增加槲皮素的含量。全转录组分析显示，Cd + MT 处理显著改变了参与氧化还原调节、苯丙烷类合成、重金属转运以及热休克蛋白（HSPs）以及 WRKY、Dof 和 AP/ERF 家族转录因子的基因表达。结论MT 通过减少镉从根到芽的运输、加强抗氧化防御系统、稳定细胞氧化还原平衡、调节苯丙烷类合成以及诱导转录因子表达来提高鞑靼荞麦的镉耐受性。本研究为 MT 改善 Cd 毒性的机制提供了见解，并支持开发遗传或农艺策略，以增强这种宝贵作物在 Cd 污染土壤上的产量。图谱摘要