聚谷氨酸功能化碳点通过协同调控生理响应、基因表达与根际微生物组增强鱼腥草的镉耐受性

《Plant Cell Reports》：Polyglutamic acid-functionalized carbon dots enhance cadmium tolerance in Houttuynia cordata through coordinated regulation of physiological responses, gene expression and the rhizosphere microbiome

　　

摘要

核心信息

聚谷氨酸功能化碳量子点通过减少镉的积累、恢复生理功能和重塑根际微生物群落，提高了鱼腥草对镉的耐受性。

摘要

镉（Cd）污染显著抑制鱼腥草的生长发育，对该药用植物的安全生产构成严重威胁。本研究通过水热法合成聚谷氨酸功能化碳量子点（PGA-CDs），并系统研究了其缓解鱼腥草镉胁迫的机制。结果表明，与Cd组相比，Cd+PGA-CDs组的鱼腥草生物量显著增加，植物体内Cd²⁺浓度降低。同时，PGA-CDs有效清除活性氧并调节相关抗氧化酶活性，从而减轻氧化损伤。此外，PGA-CDs显著缓解了镉胁迫对叶绿体超微结构的损伤，增强了植物的光合能力。转录组分析表明，PGA-CDs处理显著改变了与光合作用、次级代谢、脂质代谢和信号响应相关基因的表达模式，并调控了多种转录因子以及与金属离子稳态和转运相关基因的表达。此外，PGA-CDs提高了根际微生物群落的α多样性，促进了与植物共生或环境适应相关的微生物类群（如假单胞菌门、拟杆菌门和疣微菌门）的富集。通过综合分析，进一步揭示了基因表达变化、根际微生物组成与植物生理指标之间的潜在协同关系。本研究为利用纳米材料增强植物对重金属胁迫的适应性提供了新的见解。