蘚苔類の多様性を利用した重金属回収と環境浄化の効果的方法の研究開発

利用苔藓植物多样性研究开发重金属回收和环境净化的有效方法

基本信息

批准号：
15F15079
负责人：
榊原均
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

はじめにゼニゴケの重金属に対する耐性度合いと体内での蓄積様式の評価を行ったところ、Cd, Cu, PbおよびZnの植物体内での蓄積分布様式と耐性度合いはそれぞれ異なることが明らかになった。Cdは植物体内における移動性が高く、植物のより若い領域（細胞分裂を盛んに行う部位）に容易に移動し大量に蓄積されており、その分布特性により強い毒性を示した。一方、Pbは蓄積量が低く、また植物体内の移動も起こりにくく、毒性も最も低かったことから、ゼニゴケはPbに対して耐性をもっていることがわかった。 CuおよびZn処理はCdとPbの中間的な応答を示した。以上の解析から、重金属に対する耐性とその金属の蓄積量および体内での移動度には負の相関があることがわかった。換言すれば、ゼニゴケは体内から細胞外に金属を排出することで、吸収した重金属の体内での移動を避け、特に若く細胞分裂を繰り返す組織への蓄積を抑えることで毒性の効果を最小限に抑えていると考えられた。次に重金属の中で最も高い毒性を示したCdについて、その毒性に対する応答機構のしくみを知るためにCdに対する応答様式のトランスクリプトーム解析を行った。その結果、Cd処理により529個の遺伝子の発現が有意に変動することを同定した。オントロジー解析により、Cdストレスは酸化的代謝に関わる遺伝子や輸送に関連する遺伝子の発現に影響を及ぼしていた。また、興味深いことに、このストレスはジャスモン酸とサリチル酸の生合成経路に関わるいくつかの遺伝子の発現に対し、強い影響を与えていた。この生物学的な意義について明確にすることはできなかったが、これらのホルモンはゼニゴケのCdストレス応答におけるシグナル伝達の情報分子として重要な役割を果たしているのかもしれない。また、抗酸化防御に関与するフラボノイドの合成に関わる遺伝子群が正に制御されていることが見出された。

首先，我们评价了地钱对重金属的耐受程度和在体内的积累方式，发现Cd、Cu、Pb、Zn在植物体内的积累分布方式和耐受程度是不同的。。 Cd在植物体内的移动性很强，很容易移动到植物较年轻的区域（细胞分裂活跃的部位）并大量积累，并且由于其分布特征而表现出很强的毒性。另一方面，地钱被发现对Pb具有抗性，因为Pb的积累量较低，难以在植物体内移动，其毒性也最低。 Cu 和 Zn 处理表现出介于 Cd 和 Pb 之间的中间响应。通过以上分析发现，对重金属的耐受性、重金属的积累量以及重金属在体内的迁移率之间存在负相关关系。换句话说，地钱将金属从体内排出到细胞外，从而避免了吸收的重金属在体内的移动，并通过抑制它们的积累来最大限度地减少毒性作用，特别是在年轻细胞反复分裂的组织中。它被压制了。接下来，我们对重金属中毒性最高的Cd的响应模式进行了转录组分析，以了解Cd毒性的响应机制。结果，我们发现 Cd 处理显着改变了 529 个基因的表达。本体分析表明，镉胁迫影响氧化代谢和转运相关基因的表达。有趣的是，这种压力还对参与茉莉酸和水杨酸生物合成途径的几个基因的表达产生强烈影响。尽管我们无法阐明其生物学意义，但这些激素可能作为地钱镉胁迫反应中信号转导的信息分子发挥着重要作用。还发现一组参与抗氧化防御的黄酮类化合物合成的基因受到正向调节。