百里香精油通过调控ROS/y-H2A.X通路缓解镉诱导的蚕豆根尖分生组织氧化与基因毒性应激

本研究针对重金属镉（Cd）污染引发的植物氧化应激与DNA损伤问题，探讨了百里香精油（TO）的保护潜力。通过体外实验发现，TO处理显著降低了CdCl2诱导的活性氧（ROS）积累、DNA双链断裂标记物γ-H2A.X磷酸化水平及细胞周期异常，证实TO可通过抗氧化与DNA修复调控缓解镉毒性，为农业重金属污染治理提供了天然策略。

　　

随着工业快速发展，土壤重金属污染已成为威胁农业生产和生态系统健康的严峻问题。其中，镉（Cd）因其高迁移性和强毒性备受关注。镉离子通过植物根系吸收后，会引发细胞内活性氧（ROS）爆发，导致氧化应激，进而破坏蛋白质、脂质和DNA结构，干扰细胞周期进程，甚至诱发基因毒性。面对这一挑战，开发高效、环保的植物保护策略迫在眉睫。

在此背景下，Natalia Gocek-Szczurtek团队聚焦于植物次生代谢产物中的天然活性成分——百里香精油（TO）。TO富含百里酚（thymol）、对伞花烃（p-cymene）等抗氧化物质，此前研究已证实其在动物模型中可缓解镉引起的肾毒性，但其在植物系统中的保护机制尚不明确。为此，研究人员以蚕豆（Vicia faba var. minor）根尖分生组织为模型，通过体外实验系统评估了TO对镉胁迫的拮抗效应。

为揭示TO的作用机制，研究团队整合了多项关键技术：通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析TO的化学成分；采用DAB（3,3'-二氨基联苯胺）和NBT（氮蓝四唑）染色分别检测过氧化氢（H₂O₂）和超氧阴离子（O₂^•?）的积累水平；利用细胞光度术和IdU（5-碘-2'-脱氧尿苷）标记技术评估细胞周期进程与DNA复制活性；并通过免疫荧光染色检测DNA双链断裂标志物γ-H2A.X（组蛋白H2A.X在Ser139位点的磷酸化）的表达。

研究结果

GC-MS分析揭示TO以百里酚为主成分

TO中鉴定出21种化合物，其中百里酚（28.39%）、对伞花烃（23.86%）和芳樟醇（8.49%）为主要组分，这些物质已知具有强抗氧化活性，为后续生理功能研究提供了化学基础。

TO显著抑制镉诱导的ROS积累

CdCl₂处理使细胞中H₂O₂和O₂^•?分别升高至对照组的3.2倍和2.1倍，而TO预处理使两者分别降低72.45%和41.5%，表明TO有效清除了镉触发的过量ROS。

TO缓解镉对细胞周期的阻滞

CdCl₂暴露后，S期细胞比例下降，G1/G2期细胞堆积，提示复制应激；而TO联合处理使细胞周期分布恢复至接近对照组，表明TO维持了DNA复制的正常进程。

TO改善DNA复制效率与完整性

IdU标记实验显示，CdCl₂组复制细胞减少40%，且早期S期细胞比例升高，复制叉进展迟缓；而TO处理使复制活性显著恢复，荧光强度提升约30%。

TO降低DNA双链断裂发生率

CdCl₂单独处理时，γ-H2A.X阳性细胞比例达28.78%，而TO联合处理将其降至3.73%，证明TO通过减少氧化损伤间接抑制了DNA断裂的累积。

结论与展望

本研究系统阐明了百里香精油通过协同调控氧化还原稳态与DNA损伤应答通路，有效缓解镉诱导的植物细胞毒性。其作用机制涉及直接清除ROS、促进抗氧化酶活性、维持复制叉稳定性及激活DNA修复系统。这一发现不仅深化了对天然产物拮抗重金属毒性的认知，也为开发基于植物精油的生物保护剂提供了理论依据。未来研究可进一步探索TO在田间条件下的应用潜力，以及其活性成分（如百里酚）在作物抗逆育种中的分子靶标。