镉与干旱的相互作用调节了水稻幼苗中的氧化应激、抗氧化防御机制以及应激响应基因的表达

《Physiology and Molecular Biology of Plants》：Cadmium–drought interaction modulates oxidative stress, antioxidant defense, and stress-responsive gene in rice sprouts

水稻品种对复合重金属和干旱胁迫的生理响应及基因调控机制研究。通过Cd和PEG-6000单胁迫及复合胁迫处理，比较了耐镉/干旱（Anjali）与敏感型（HUR-105）品种的ROS积累、膜损伤、光合色素及抗氧化酶活性差异，发现Anjali在Mn-SOD、Cu-Zn SOD、GPx01/02及DREB2A基因表达上显著上调。多变量分析证实处理特异性模式，揭示了复合胁迫下水稻的分子调控网络。

　　

摘要

同时暴露于镉（Cd）和干旱胁迫会引发植物体内显著的生理和生化变化。作为重金属积累者，大米在食用时可能对健康构成潜在风险。多种非生物胁迫对水稻幼苗影响的复杂分子和生理机制仍不甚明了。在本研究中，耐镉/耐旱的水稻品种cv. Anjali和敏感于镉/干旱的水稻品种cv. HUR-105分别接受了100 μM镉单独处理、15% PEG-6000单独诱导的干旱胁迫，以及100 μM镉+15% PEG-6000的组合处理。通过共聚焦分析研究了活性氧（ROS）的生成和膜损伤情况，利用扫描电子显微镜（SEM）分析了叶片的超微结构，并通过生化方法检测了光合色素和抗氧化酶的活性。通过RNA分离、cDNA合成和基因表达分析，探讨了这些胁迫对基因表达的影响，涉及的基因包括OsHMA2、OsNramp5、OsMn-SOD、OsCu-Zn SOD、OsGPx 01、OsGPx02和OsDREB2A。研究结果表明，两种品种之间存在差异：cv. Anjali在镉和/或PEG-6000处理下，关键胁迫响应基因（如OsMn-SOD、OsCu-Zn SOD、OsGPx 01、OsGPx 02和OsDREB2A的转录水平显著高于cv. HUR-105。多变量分析（PCA和层次聚类热图）进一步证实了处理特异性模式的存在以及实验结果的高度重复性，从而支持了观察到的生理和分子差异。总之，本研究加深了我们对植物胁迫反应的理解，并强调了在农业管理实践中考虑交互作用胁迫因素的重要性。

图形摘要

同时暴露于镉（Cd）和干旱胁迫会引发植物体内显著的生理和生化变化。作为重金属积累者，大米在食用时可能对健康构成潜在风险。多种非生物胁迫对水稻幼苗影响的复杂分子和生理机制仍不甚明了。在本研究中，耐镉/耐旱的水稻品种cv. Anjali和敏感于镉/干旱的水稻品种cv. HUR-105分别接受了100 μM镉单独处理、15% PEG-6000单独诱导的干旱胁迫，以及100 μM镉+15% PEG-6000的组合处理。通过共聚焦分析研究了活性氧（ROS）的生成和膜损伤情况，利用扫描电子显微镜（SEM）分析了叶片的超微结构，并通过生化方法检测了光合色素和抗氧化酶的活性。通过RNA分离、cDNA合成和基因表达分析，探讨了这些胁迫对基因表达的影响，涉及的基因包括OsHMA2、OsNramp5、OsMn-SOD、OsCu-Zn SOD、OsGPx 01、OsGPx02和OsDREB2A。研究结果表明，两种品种之间存在差异：cv. Anjali在镉和/或PEG-6000处理下，关键胁迫响应基因（如OsMn-SOD、OsCu-Zn SOD、OsGPx 01、OsGPx 02和OsDREB2A的转录水平显著高于cv. HUR-105。多变量分析（PCA和层次聚类热图）进一步证实了处理特异性模式的存在以及实验结果的高度重复性，从而支持了观察到的生理和分子差异。总之，本研究加深了我们对植物胁迫反应的理解，并强调了在农业管理实践中考虑交互作用胁迫因素的重要性。

图形摘要