近日，上海交通大學農業與生物學院周培教授團隊在生態環境領域國際著名期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一區 Top）在線發表了題為Comparative cytology combined with transcriptomic and metabolomic analyses of Solanum nigrum L. in response to Cd toxicity的研究論文。研究利用植物細胞學、轉錄組學和代謝組學方法分析超富集植物龍葵對短期不同濃度鎘（Cd）脅迫的響應變化，探討了龍葵對Cd脅迫的應對機制。該研究結果為Cd脅迫相關的轉錄調控提供新視野，從而為生態環境中重金屬污染植物修復技術應用提供了重要借鑒。   　　土壤Cd污染是一個嚴重的全球性生態環境問題，中國、日本、歐美等國家的耕地都存在不同程度的Cd污染現象。土壤Cd污染植物修復技術因具有環境友好、成本低廉、操作簡便、視覺美觀等優點被公眾所關注，而超富集植物龍葵常被用于Cd污染土壤修復。課題組前期研究發現Cd脅迫下龍葵通過調節體內抗氧化酶活、細胞壁多糖組分、Cd的亞細胞分布及賦存化學形態來抵御Cd毒害（https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109997; https://doi.org/10.1007/s11356-020-11505-5）。然而，龍葵對Cd的高耐受性及解毒分子機制尚不清晰。因此，需要結合多組學技術研究龍葵對Cd脅迫的應答機制。   　　該論文研究采用水培試驗對龍葵進行不同濃度Cd脅迫處理，重點研究了Cd脅迫下，龍葵各器官（根、莖、葉）細胞超微結構變化，并對根組織進行轉錄組學與代謝組學聯合分析。通過透射電鏡（TEM）發現，Cd脅迫嚴重破壞了龍葵各器官細胞超微結構，且受損程度與Cd脅迫濃度呈濃度-劑量效應。此外，龍葵各器官細胞采取增厚細胞壁、將胞內Cd2+轉運至液泡等方式進行解毒。   　　隨后，對龍葵根系進行代謝組學與轉錄組學分析。代謝組學分析結果發現Cd脅迫下龍葵根系有7條代謝通路被顯著干擾，涉及19個差異表達代謝物（DEMs）。而轉錄組學分析結果鑒定出3908個共同差異表達基因（DEGs），其中上調DEGs 1049個，下調DEGs 2859個。除此之外，該研究利用組學聯合分析還發現了Cd脅迫下參與根組織細胞壁生物合成的DEMs和DEGs，初步揭示了細胞壁在龍葵根系解毒Cd過程中發揮的重要作用。   　　上海交通大學農業與生物學院生態學博士生王軍才為論文第一作者， 周培教授為通訊作者， 博士后初少華、張丹副研究員等參與了該研究。課題組多年來一直從事農業產地環境污染防治與修復方面的研究，并在Journal of Hazardous Materials、Environmental Pollution、Bioresource Technology、Science of The Total Environment等國內外權威期刊發表多篇論文。相關研究得到國家重大研發計劃和國家自然科學基金等項目支持。   　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127168