水杨酸调控用处理过废水灌溉的辣椒（Capsicum annuum L.）中的重金属积累和DNA甲基化

《Journal of Crop Health》：Salicylic Acid Regulates Heavy Metal Accumulation and DNA Methylation in Pepper (Capsicum annuum L.) Irrigated with Treated Wastewater

　　

摘要

水资源短缺的迅速加剧导致处理后的废水（WW）在农业灌溉中的使用日益增多；然而，其中的残留潜在有毒元素可能会破坏植物的离子平衡，并引发分子和表观遗传应激。在这项研究中，我们探讨了通过叶面喷洒施用水杨酸（SA）是否能够缓解辣椒（Capsicum annuum L.）因废水而产生的营养失衡、重金属积累以及全基因组DNA甲基化现象。实验中，植物分别用淡水（FW）或处理后的废水（WW）进行灌溉，并施用0（对照）或1 mM的SA。我们测定了植物组织和土壤中的大量营养素、微量营养素以及潜在有毒元素的含量，同时使用限制性酶消化-引物结合位点（CRED-iPBS）标记系统评估了逆转录转座子相关的DNA甲基化和基因组稳定性。废水灌溉显著改变了植物的矿物质组成，并增加了镉（Cd）、镍（Ni）和铅（Pb）的积累。与淡水相比，废水使植物中的镉含量增加了约58%，镍含量增加了近一倍；而水杨酸则分别降低了约42%和23%的镉和镍的积累。最值得注意的是，CRED-iPBS分析显示了一种明显的表观遗传反应：废水灌溉条件下植物的平均DNA甲基化水平比清洁水条件提高了约3.7倍，基因组模板稳定性（GTS）降至74.8%。在水杨酸处理下，DNA甲基化水平降至29.7%，基因组模板稳定性恢复到86.9%，表明基因组稳定性得到了显著改善。这些发现表明，水杨酸介导的对化学复杂废水压力的耐受性不仅体现在离子调节和金属解毒方面，还涉及对与压力相关的DNA甲基化的调节。将离子组学反应与基于CRED-iPBS的表观遗传分析相结合是本研究最重要的创新之一，这为通过叶面施用水杨酸来提高植物在处理后废水再利用过程中的抵抗力提供了有希望的策略。