2024-10-08
派森诺与沈阳大学携手合作，在国际著名杂志《Science of the Total Environment》发表题为“Decreased cadmium content in Solanum melongena induced by grafting was related to glucosinolates synthesis ”的研究论文，该研究揭示了嫁接对茄子品质、产量和镉含量的影响，并且探讨了嫁接降低茄子镉含量的潜在机制。 本研究的RNA-seq测序以及部分分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
技术路线 研究背景 社会经济快速发展，工业化、城镇化进程加快，农田重金属污染风险加大。因此，如何控制农田重金属污染是全球许多国家面临的重大挑战。目前，镉是我国农业土壤中最主要的重金属之一，先前有研究表明嫁接是减少作物镉积累的有效方法，但是嫁接引起镉含量下降的机制尚不清楚。而本研究为培育低镉积累的作物提供了理论依据。
研究材料与方法 1.实验材料 茄子品种：紫丽人，托鲁巴姆 样本处理：CK: 0.22 mg⋅kg− 1 Cd；TM: 4.81 mg⋅kg− 1 Cd 嫁接类型：un-grafted (UG) 未嫁接、elf-grafted (SG)自嫁接、inter-grafted (EG)交叉嫁接 2.测序平台 Illumina novaseq6000 3.分析方法 RNA-Seq、靶向氨基酸代谢组、qPCR等
研究结果 1.种间嫁接增加产量且不影响果实品质 自嫁接不影响紫丽人的生长和产量，交叉嫁接也显着提高了其生长和产量，托鲁巴姆即使在盆栽中也是显著增长。CK和TM处理之间植物性状差异不显着，表明低浓度的镉污染不影响茄子的生长和产量。 图1. 茄子产量和品质 2.种间嫁接降低了叶片和果实中的镉和全硫含量 自嫁接对“紫丽人”根、茎、叶和果实中的镉和全硫含量没有影响，异源嫁接和镉处理影响了镉和总硫含量，但是不影响TL根的镉和全硫的吸收。UG、SG、EG和TL根中的镉含量无显着差异（P > 0.05），表明镉从土壤到植物根的短途运输不受抑制。然而，EC和TL茎、叶和果实中镉含量的变化表明，镉从根到芽的远距离运输发生了显着变化，而且这种变化可能与总硫密切相关。 图2 根、茎、叶、果实中镉和全硫含量 3.EG叶片中参与硫苷运输合成的基因表达 为了确定哪些硫化合物在减少EG叶和果实中的镉和总硫含量方面发挥重要作用，研究对SG和EG根和叶进行了转录组分析（TM，SG vs EG）。转录组分析与qRT-PCR结果结果一致。SG vs EG中3632个上调基因和4712个下调基因，GO富集分析主要富集到催化活性、转移酶活性、酶活性和碳水化合物代谢过程等条目中，另外kegg富集分析表明DEG主要参与碳水化合物代谢、氨基酸代谢和其他次级代谢物的生物合成等通路上。 图3 根、叶差异分析和富集分析 4.植物地上组织中的镉和全硫含量与GSL密切相关 SG、EG和TL根中的总GSL含量没有显着差异，与镉和总硫含量的结果一致。EG和TL茎中GSL总含量显着高于SG，而叶和果实中GSL总含量则相反。线性回归分析显示，茎、叶和果实中的总GSL与镉之间呈显着正相关，而总GSL和总S也有相似的结果。上述结果表明，GSL是一种潜在的含硫代谢物，可导致叶片和果实中总硫和镉含量下降。EG和TL在根和茎中储存了大量的镉，减少了叶片和果实中镉的积累。 图4.根、茎、叶和果实中总GSL和镉含量 5.叶片中合成GSL的氨基酸浓度下降 为了进一步验证GSL的结果，对叶片中的氨基酸含量进行了靶向测定（SG vs EG）。与SG相比，EG叶片中参与GSL合成的6种氨基酸浓度明显降低，芳香族-GSL和吲哚-GSL浓度明显低于SG。在参与脂质族-GSL合成的五种氨基酸中，EG叶中的亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸含量明显低于SG。SG和EG叶片中参与GSL合成的氨基酸含量变化趋势与总GSL的变化趋势一致，表明GSL是一种潜在的导致镉和总硫含量下降的物质。 图5参与GSL合成的8种氨基酸含量
小结 嫁接是一种影响作物生长和发育的传统园艺方法。本研究中，用托鲁巴姆根茎嫁接并没有明显改变紫丽人的果实品质，果实产量显着提高。此外，低浓度的镉污染并不影响农作物的生长发育。另外研究还表明，嫁接引起的紫丽人叶片和果实中总硫和镉含量的下降与GSL密切相关。本研究为安全利用镉污染的土壤、探索植物中镉的远距离迁移以及培育低镉积累的作物提供了理论依据。 原文链接：https://doi. org/10.1016/j.scitotenv.2024.170115
