真核有參轉錄組測序

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經典案例

水稻根系響應氧化石墨烯納米片的應激反應與恢復模式

Systemic Stress and Recovery Patterns of Rice Roots in Response to Graphene Oxide Nanosheets

期刊:Environmental Science & Technology
影響因子:5.393
發表單位:南開大學
245棋牌發表時間:2017年2月

一、研究背景

氧化石墨烯(GO)是一種 2D 工程材料,已經被廣泛應用于各個領域,包括生物學、醫學、化學、環境保護。大部分納米材料在使用過程中被釋放到環境中,因此,納米材料潛在的環境風 險已引起越來越多的關注。研究表明,0.1?10 mg/L 的 GO 可誘導綠色藻類細胞結構損傷、氧化作用和代謝紊亂;5?500 mg/L 的 GO 將抑制水稻生長。目前,大多數研究都僅限于對 納米顆粒的生物應激反應,而應激恢復相關的信息在很大程度上是未知的。

二、方法流程

取材

萌發 4 天后的水稻幼苗,對照組:新鮮水 稻培養基培養;處理組:GO 濃度為 1.0 mg/L 的水稻培養基培養,7天后取根系 樣。處理后恢復組:GO 處理 7 天后,在 新鮮水稻培養基中恢復 7 天后取根系樣, 各三個生物學重復。

建庫

構建普通轉錄組文庫

測序

Illumina HiSeq 平臺,150 bp 雙端測序

分析

245棋牌 差異表達分析,主成分分析, KEGG 富集分析,蛋白互作網絡分析

三、研究結果

1. 水稻根系的應激與恢復模式

245棋牌 KEGG 富集分析表明,S1 組下調表達的基因主要富集在苯丙氨酸代謝 和苯丙素的生物合成途徑等代謝通路中。S2 組上調基因參與到次生代 謝和二萜類化合物的生物合成途徑中。該結果表明,處理后的恢復過 程增強了水稻抗性(圖1b)。蛋白互作網絡分析表明,GO 處理組中下調 表達的基因與苯丙氨酸、次生代謝相關;上調表達基因與次生代謝相關 (圖1d)。因此,GO 處理可促進次生代謝。苯丙氨酸代謝、次生代謝途 徑的改變,過氧化物酶相關的差異表達基因,均參與了水稻根系響應 GO 的應激反應與恢復機制。

245棋牌2. GO降低根系的吸收能力

TIP1?2 等水通道蛋白相關基因在 S1 組中下調表達,在 S2 組中恢復到對照組水平,這一結果與 GO 降低水稻根 系水吸收能力的結果一致。蛋白互作分析表明,硼轉運 蛋白、海藻糖-6-磷酸合成酶基因的下調表達,與水通道 蛋白相關基因下調表達相關。

3. 根系吸收 GO 引起的氧化脅迫

生理實驗表明,S1 組水稻側根生長受到抑制,S2 組 水稻根系數量恢復到正常水平。同時,編碼側根蛋白 1 的 基因(OS06G0712600)下調表達,抑制側根生長 的色氨酸合成酶β鏈編碼基因上調表達,萌發素類蛋 白編碼 (GER6)等促進主根生長的基因上調表達。

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四、研究結論

本研究結果表明GO影響了水稻表達譜,進而影響了氧化脅迫、根系發育、細胞壁合成、激素代謝過程。水稻根系對GO處理的響應和適應過程是通過苯丙氨酸代謝、次級代謝、激素代 謝、過氧化物酶活性調節等因素共同實現的。本實驗研究了納米材料對植物生長發育的影響,揭示了植物對納米材料適應性的分子機制,對納米材料的安全性評估具有重大意義。

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