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为解决镉（Cd）污染影响植物生长及危害人类健康的问题，研究人员对耐 Cd 苦荞品种进行转录组和代谢组分析。结果发现 Cd 胁迫影响根生长和细胞结构，改变相关基因和代谢物表达。该研究揭示了苦荞耐 Cd 机制，为降低植物 Cd 积累提供理论依据。
在环境问题日益严峻的当下，重金属污染已成为人们关注的焦点。其中，镉（Cd）因其在土壤中较高的溶解性和迁移性，极易被植物吸收积累。一旦这些含镉的农作物进入食物链，便会对人类和动物的健康构成潜在威胁。即使是痕量的镉，对于植物来说也是有害的，它会抑制植物生长、干扰养分吸收、破坏光合作用等生理活动，进而影响作物产量和品质。
在这样的背景下，探寻植物应对镉胁迫的机制变得尤为重要。四川西昌学院的研究人员勇挑重担，开展了一项针对耐镉苦荞品种的研究。他们希望通过深入探究，揭示苦荞在镉胁迫下的内在响应机制，为降低植物镉积累提供有力的理论支持。
研究人员以苦荞品种 “西荞 2 号” 为实验材料，分别在镉处理 0 小时（CK）、6 小时（T1）和 48 小时（T2）后，对苦荞根部进行转录组和代谢组分析。实验结果令人瞩目。在生长指标方面，T2 处理显著抑制了根的伸长和鲜重，而 T1 处理则无明显影响。细胞超微结构观察显示，T1 处理使根尖细胞开始出现细微变化，如细胞质体积减小、液泡体积增大等；T2 处理则导致细胞直径增大，细胞器受损严重，难以辨认。
转录组分析发现，CK 与 T1、CK 与 T2 比较中，分别鉴定出 449 个和 999 个差异表达基因（DEGs）。这些 DEGs 涉及多个重要功能和代谢途径，如细胞壁功能、谷胱甘肽（GSH）代谢、苯丙烷生物合成等。其中，一些转录因子（TFs）家族，如 WRKY、MYB、ERF 和 bHLH，以及转运蛋白相关基因，在镉胁迫响应中发挥了重要作用。代谢组分析表明，CK 与 T1、CK 与 T2 比较中，分别有 8 个和 37 个差异表达代谢物（DEMs），它们参与了氨基酸、苯丙氨酸和谷氨酸等代谢途径。
进一步研究发现，镉胁迫显著影响了细胞壁相关基因的表达。例如，木葡聚糖：木葡聚糖基转移酶活性（GO:0016762）和细胞壁相关（GO:0005618）的基因显著富集，8 个木葡聚糖内转糖基酶 / 水解酶基因（XTHs）在镉处理后表达发生变化，同时还有扩张蛋白基因等其他细胞壁代谢相关基因也受到影响。这表明细胞壁在苦荞应对镉胁迫中扮演着重要角色。
苯丙烷生物合成途径也受到镉处理的显著影响。多个与该途径相关的基因，如苯丙氨酸解氨酶基因（PAL）、4 - 香豆酸辅酶 A 连接酶基因（4CL）等，在不同处理时间下表达发生改变，进而影响了木质素和黄酮类化合物的合成。谷胱甘肽代谢在苦荞应对镉胁迫中同样至关重要。研究发现，多个谷胱甘肽 S - 转移酶基因在镉处理 6 小时后显著上调，表明谷胱甘肽代谢参与了苦荞对镉的解毒过程。
研究人员采用了多种关键技术方法开展研究。在样本处理上，选取生长一致的苦荞幼苗，在特定条件下培养并进行镉处理，获取不同时间点的根样本。利用透射电子显微镜（TEM）观察根细胞超微结构；提取根总 RNA 构建文库，进行高通量 RNA 测序；对冻干样本进行代谢物提取，通过液相色谱 - 质谱联用（LC-MS/MS）技术分析代谢物。
该研究通过转录组和代谢组联合分析，深入揭示了苦荞在镉胁迫下的分子响应机制。研究表明，细胞壁很可能是镉毒性的早期作用靶点，而细胞壁功能、苯丙烷生物合成和谷胱甘肽代谢等相关代谢途径，在保护苦荞免受镉毒性侵害方面发挥了重要作用。这一研究成果为进一步理解植物对镉胁迫的耐受性提供了新的视角，也为培育低镉积累的作物品种、降低土壤镉污染对农业生产的影响提供了理论基础，在农业生产和环境保护领域具有重要的应用价值。
