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EP南農沈文飚：NMT發現H2S可提升CH4抑制紫花苜蓿吸Cd效果
基本信息
主題：NMT發現H2S可提升CH4抑制紫花苜蓿吸Cd效果
期刊：Environmental Pollution
影響因子：6.792
研究使用平臺：NMT重金屬創新平臺
標題：Methane control of cadmium tolerance in alfalfa roots requires hydrogen sulfide
作者：南京農業大學沈文飚、Xinghao Yang
檢測離子/分子指標
Cd2+
檢測樣品
紫花苜蓿根伸長區（距根尖頂端500 μm根表上的點）
硫化氫（H2S）是響應重金屬脅迫的氣態信號，而普遍的溫室氣體甲烷（CH4）則賦予鎘（Cd）耐受性。本研究評估了CH4和H2S調控紫花苜蓿（Medicago sativa）Cd耐受性的因果關系。本研究結果表明，CH4的加入不僅加劇了H2S代謝，而且減緩了Cd對紫花苜蓿幼苗生長的抑制作用，這與緩解根系組織氧化還原失衡和細胞死亡的作用是并行的。在去除內源H2S后，無論是在亞牛磺酸（HT；H2S清除劑）還是DL炔丙基甘氨酸（PAG；H2S生物合成抑制劑）存在下，根中都沒有觀察到上述結果。利用原位非損傷微測技術（NMT）和電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）證實了H2S參與CH4抑制Cd在根部的內流和積累，這可以通過重新建立谷胱甘肽（GSH）庫（還原型/氧化型GSH和同型谷胱甘肽）穩態和促進抗氧化防御來解釋。總的來說，本文的研究結果清楚地揭示了H2S在CH4下游起作用，增強了對Cd脅迫的耐受性，這對基礎和應用植物生物學都有重要意義。
離子/分子流實驗處理
4日齡紫花苜蓿分別在1.30 mM CH4、100 mM NaHS、1 mM HT和2 mM PAG中處理6 h，然后100mM CdCl2 處理72 h。
進一步利用NMT監測根尖Cd2+流速。當幼苗暴露在未經Cd處理的Cd測試液中時，Cd在根尖的內流速*增大，隨后減小到一定水平并保持相對穩定（圖1D, E）。當幼苗的根尖在Cd測試液中預平衡30 min后，可以清楚地觀察到10 min內的穩定Cd2+內流速率（圖1F, G）。相比之下，無論在有無Cd測試液預平衡的實驗中，CH4和H2S都能明顯降低Cd的內流速率，然后在加入HT和PAG后Cd2+速率被逆轉（圖1D-H）。同時，在只用HT或PAG處理的樣品中，觀察到Cd2+吸收加劇。上述結果清楚地說明了內源性H2S在CH4減少Cd積累和Cd吸收中的重要作用。
圖1. H2S是CH4減少Cd積累和抑制的必要條件。負值代表Cd2+吸收。
其他實驗結果
CH4減輕Cd脅迫下根尖細胞死亡可能與H2S有關。
LCD依賴的H2S合成有利于CH4抵御Cd脅迫。
內源H2S在CH4緩解Cd積累中起作用。
谷胱甘肽庫在CH4響應中的作用依賴于H2S。
重建CH4氧化還原穩態需要內源H2S。
本研究結果表明，在植物對Cd脅迫的耐受性上，H2S在CH4的下游起作用，包括從表型上減弱Cd誘導的生長抑制，緩解氧化還原失衡和細胞死亡，特別是抑制Cd在紫花苜蓿幼苗根部的內流和積累。總之，本研究的發現將為了解CH4如何介導植物對重金屬的耐受性和內源H2S的生理功能開辟了新的途徑。
測試液
0.1 mM CdCl2, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 5.8
儀器采購信息
據中關村NMT產業聯盟了解，南京農業大學于2018年采購了美國揚格公司的非損傷微測系統。
關鍵詞：鎘脅迫；谷胱甘肽穩態；硫化氫；甲烷；紫花苜蓿