镉（Cd）胁迫下蓖麻蛋白质组学筛查及RcBSK7抗性功能研究

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.01.005

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (1): 36-50.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.01.005

镉（Cd）胁迫下蓖麻蛋白质组学筛查及RcBSK7抗性功能研究

赵慧博¹, 赵志强², 包春光³, 温琦¹, 李茹鑫¹, 黄凤兰⁴^,⁵^,⁶()

^1.内蒙古民族大学生命科学与食品学院，通辽 028000
^2.内蒙古民族大学农学院，通辽 028000
^3.通辽市农畜产品质量安全中心，通辽 028000
^4.蓖麻育种国家民委重点实验室，通辽 028000
^5.内蒙古自治区高校蓖麻产业工程技术研究中心，通辽 028000
^6.内蒙古自治区蓖麻育种重点实验室，通辽 028000

收稿日期:2021-11-22 出版日期:2023-01-20 发布日期:2022-12-23
通讯作者: 黄凤兰 E-mail:huangfenglan@imun.edu.cn
作者简介:赵慧博（1997—），女，硕士研究生，主要从事植物生物化学与分子生物学。
基金资助:
国家自然科学基金项目(31860071);2020年教育部新农科研究与改革实践项目(2020082);内蒙古自然科学基金面上项目(2021MS03008);内蒙古自治区草原英才滚动支持计划项目;蓖麻分子育种研究创新人才团队滚动支持计划;2021年度国家民委高等教育教学改革研究项目(21082);内蒙古自治区蓖麻产业协同创新中心开放基金项目(MDK2021011)

Proteomic Screening and RcBSK7 Resistance of Ricinus communis under Cadmium(Cd) Stress

Huibo ZHAO¹, Zhiqiang ZHAO², Chunguang BAO³, Qi WEN¹, Ruxin LI¹, Fenglan HUANG⁴^,⁵^,⁶()

^1.College of Life Science and Food，Inner Mongolia University for Nationalities，Tongliao 028000
^2.College of Agriculture，Inner Mongolia University for Nationalities，Tongliao 028000
^3.Tongliao Agricultural and Livestock Product Quality and Safety Center，Tongliao 028000
^4.Castor-oil Plant Breeding，National Civil Affairs Commission Key Experiment Laboratory，Tongliao 028000
^5.Castor Industry Engineering Technology Research Center，Inner Mongolia Autonomous Region University，Tongliao 028000
^6.Castor Breeding Laboratory，Inner Mongolia Autonomous Region，Tongliao 028000

Received:2021-11-22 Online:2023-01-20 Published:2022-12-23
Contact: Fenglan HUANG E-mail:huangfenglan@imun.edu.cn
About author:ZHAO Huibo（1997—），famale，postgraduates，major in plant biochemistry and molecular biology.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(31860071);2020 New Agricultural Science Research and Reform Practice Project of the Ministry of Education(2020082);General Project of Inner Mongolia Natural Science Foundation(2021MS03008);Inner Mongolia Autonomous Region Grassland Talents Rolling Support Program Project;Castor Molecular Breeding Research Innovation Talent Team Rolling Support Plan;2021 National Ethnic Affairs Commission Higher Education Teaching Reform Research Project（21082）;Inner Mongolia Autonomous Region Castor Industry Collaborative Innovation Center Open Fund Project(MDK2021011)

摘要/Abstract

摘要：

为揭示蓖麻（Ricinus communis）植株响应重金属镉（Cd）胁迫相关机制，筛选出蓖麻中参与Cd胁迫的抗性基因。本研究通过观察种子发芽及植株生长状态，最终确定以水处理的蓖麻植株为对照，研究其在3种剂量（300、700、1 000 mg·L^-1）Cd胁迫处理下的反应机制，以期为揭示蓖麻响应Cd胁迫的防御和解毒机制提供新思路。利用差异蛋白质组学分析蓖麻在Cd胁迫下的网络调控机制，即随着Cd胁迫浓度的增加，蓖麻植株分别通过阻隔根系对重金属Cd的吸收、提高自身抗氧化能力、抑制Cd²⁺运转以及诱导细胞程序性死亡等防御解毒过程以抵抗Cd胁迫损伤。根据组学分析结果筛选出差异显著基因RcBSK7，通过在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中进行功能验证可知，该基因对提高蓖麻对Cd耐受性具有重要的作用。本研究增强了对蓖麻植株在3种Cd胁迫下多样性和复杂性的认识，为耐Cd基因鉴定和土壤中重金属污染修复提供了有价值的理论依据。

关键词: 蓖麻, 重金属Cd, 差异蛋白质组学, 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶, 土壤污染修复

Abstract:

In order to reveal the mechanism of Ricinus communis response to heavy metal cadmium（Cd） stress， and screen out the resistance genes involved in Cd stress， by observing the seed germination and plant growth status， castor plants treated with water were used as controls to study their effects under three doses（300， 700 and 1 000 mg·L^-1） of Cd stress. The response mechanism is expected to provide new ideas for revealing the defense and detoxification mechanism of castor plant under in Cd stress. Using differential proteomics to analyze the network regulation mechanism of castor under Cd stress， that is， with the increase of Cd stress concentration， the castor plant blocks the absorption of heavy metal Cd by roots， improves their own antioxidant capacity， and inhibits Cd²⁺ operation. As well as the induction of programmed cell death and other detoxification processes to resist Cd stress damage； according to the results of omics analysis， a significantly different gene RcBSK7 was screened. Through functional verification in Arabidopsis， it can be seen that this gene can improve tolerance of castor plants to Cd stress. This study enhances the understanding of the diversity and complexity of castor plants under three Cd stresses， and provides a valuable theoretical basis for the identification of Cd-tolerant genes and the restoration of heavy metal pollution in the soil.

Key words: Ricinus communis, heavy metal Cd, differential proteomics, serine/threonine protein kinase, soil pollution remediation

中图分类号:

Q344+.13

赵慧博, 赵志强, 包春光, 温琦, 李茹鑫, 黄凤兰. 镉（Cd）胁迫下蓖麻蛋白质组学筛查及RcBSK7抗性功能研究[J]. 植物研究, 2023, 43(1): 36-50.

Huibo ZHAO, Zhiqiang ZHAO, Chunguang BAO, Qi WEN, Ruxin LI, Fenglan HUANG. Proteomic Screening and RcBSK7 Resistance of Ricinus communis under Cadmium(Cd) Stress[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(1): 36-50.

图/表 13

表1

表2

图1

图2

表3

图3

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参考文献 25

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名称 Name	引物序列（5′→3′） Primer sequence（5′→3′）	退火温度 Tm /℃
Actin-R	GTGCTTGATTCTGGTGATGGC	56.9
Actin-F	TTGGCAGTCTCAAGTTCTTGCTC	57.5
B9RCB9-R	GGTGAGGCTTCCTTAAGAATGG	55.7
B9RCB9-F	CCTGCATCTGATCAGTCCAC	55.6
B9T1G7-R	GCTGCAATCCTGGTTCCAG	55.9
B9T1G7-F	GTCACTGGCAGTGATTCTCC	57.0
B9RXH6-R	GACTCGTGGAGTTAGCATG	52.7
B9RXH6-F	CGATCTTGTGTCTGATTCTCC	52.9
B9RTU8-R	GGTACATGTTAGCACTAGCGG	55.6
B9RTU8-F	CTCTAACATGAATAATGTACCGC	55.2
B9SIQ2-R	GACAGCCGTGCCTCAATTTC	57.2
B9SIQ2-F	GGATACGGCCATGAGTAGGC	58.3
B9SR47-R	GAAGCGTCAGGTCATGATTAGG	55.5
B9SR47-F	CAATCTCCCATTTAACTCGACCAC	55.6
B9RWI8-R	GCGCACTATTCGTGGGATGATTC	58.7
B9RWI8-F	CCTTGAGCATCAGGGATAAC	58.5
B9RGI8-R	GCACTGTGCTTTGTGTCCATG	57.5
B9RGI8-F	CAGGATCACTCCACATTAGATCGC	57.5
B9T3N2-R	GTGCGTGACAGTATGAGGATG	55.8
B9T3N2-F	GCAAACCTCTATGCCAACAC	55.1

Cd质量浓度 Concentration /（mg·L^-1）	鲜质量 Fresh weight /g	干质量 Dry weight /g	主根长 Taproot length /cm	主根粗 Taproot thick /cm	侧根数量 Number of lateral roots
0	52.05±3.26a	10.13±2.56a	23.16±2.01a	2.44±1.12a	24±3a
100	51.11±2.68a	12.54±1.08b	23.21±1.93a	2.61±2.58a	28±5a
200	53.75±2.14a	12.69±2.13b	23.94±2.30a	2.78±0.35b	32±2a
300	57.82±1.02a	10.35±1.92a	24.63±1.12a	2.51±1.52b	28±4a
400	41.32±2.02b	10.51±3.23a	19.23±1.02b	1.95±1.12c	13±3b
500	40.56±3.74b	08.64±1.82c	16.03±0.98c	1.78±1.17c	17±4c
600	38.38±1.22b	6.39±1.96c	19.47±1.01b	1.53±0.85c	09±2d
700	30.65±2.83c	6.79±2.01c	17.03±0.00c	1.20±0.13d	7±2d
800	14.74±1.63d	4.39±1.81d	06.66±1.25d	0.87±0.31e	0±0e
900	14.61±2.05d	4.02±2.21d	06.13±1.25d	0.82±0.69e	0±0e
1 000	12.39±1.05e	3.86±1.04d	04.82±2.01e	0.53±0.24e	0±0e

镉（Cd）胁迫下蓖麻蛋白质组学筛查及RcBSK7抗性功能研究

Proteomic Screening and RcBSK7 Resistance of Ricinus communis under Cadmium(Cd) Stress

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