JHM(IF=10.6)|国自然项目成果：西北农林破译盐角草抗镉的分子密码！

镉污染是全球范围内严重的环境问题之一，不仅威胁土壤健康，还通过食物链危害人类安全。面对这一挑战，研究人员将目光投向了一类特殊的植物-极端环境植物。盐角草是一种生长在沿海和内陆盐沼的极端耐盐植物（图1），能在超过1000 mM NaCl的环境中正常生长。它还是研究植物耐盐性的模式物种，其基因组近期已实现端粒到端粒的无间隙组装，为挖掘抗逆基因提供了宝贵资源。

近日，西北农林科技大学周金超博士等研究团队在期刊Journal of Hazardous Materials上发表题为“The SeABI5 transcription factor couples ABA signaling with flavonoid antioxidant production to confer cadmium tolerance in Salicornia europaea”的研究论文，以极端耐盐植物“盐角草”为研究对象，揭示了其抵抗重金属镉胁迫的分子机制。通讯作者为西北农林科技大学资环学院教授李会科、西北农林科技大学水土保持研究所薛萐和植物保护学院杜友伟博士后。本研究得到国家自然科学基金青年基金(C)、中国博士后科学基金和陕西省博士后科研项目的资助。

图1.重金属环境下的盐角草生长状况

研究人员采集了重金属污染土壤和正常土壤中的盐角草样本，通过代谢组学和转录组学分析发现（图2）：重金属胁迫下，盐角草根系中总酚酸和类黄酮含量显著升高。其中，槲皮素是响应镉胁迫的核心代谢物。外源施加这两种化合物能有效促进拟南芥在镉胁迫下的根系生长，并降低丙二醛的积累。

图2.以槲皮素为代表的类黄酮含量增加赋予了盐角草镉耐受性

研究人员进一步通过深度转录组分析发现（图3），镉处理激活了盐角草根系中类黄酮生物合成相关基因的表达。加权基因共表达网络分析鉴定出SeABI5等转录因子作为类黄酮生物合成的核心调控节点。

研究人员通过一系列分子生物学实验证实了SeABI5的功能：

• 直接结合：酵母单杂交、荧光素酶报告基因、染色质免疫沉淀和凝胶迁移实验均证明（图4），SeABI5能直接结合到类黄酮合成关键基因SeCHS和SeF3H的启动子上。

• 功能验证：在拟南芥中敲除ABI5同源基因后，突变体对镉胁迫的耐受性显著下降，类黄酮积累减少；而过表达则增强耐受性。

图3.类黄酮生物合成的活性调控网络赋予盐角草镉耐受性

图4.SeABI5直接结合启动子以转录激活类黄酮生物合成基因

研究发现，镉胁迫下盐角草根系中脱落酸含量显著升高。外源施加ABA能有效激活SeABI5及类黄酮合成基因的表达。但在ABI5敲除突变体中，ABA无法再诱导类黄酮积累和镉耐受性，这说明ABA通过ABI5发挥功能（图5）。

图5.敲除AtABI5通过阻断类黄酮生物合成的激活，降低了ABA介导的拟南芥镉耐受性

盐角草通过ABA激活转录因子SeABI5，进而启动类黄酮的“生产线”，用槲皮素来对抗镉胁迫带来的氧化损伤（图6）。

图6. SeABI5在介导植物对镉胁迫耐受性中的作用机制模式图