褪黑素通过调控径向运输途径促进狗牙根铅富集的作用机制

本研究揭示了外源褪黑素(MT)通过双重途径调控狗牙根对铅(Pb)的径向运输机制：低浓度MT(4 μM)上调Pb转运基因CdACBP1/CdACBP4促进共质体运输，同时抑制木质素/木栓质合成基因CdLAC3/CdCYP86-B1延缓内皮层屏障形成，使质外体途径贡献率提升64%，最终使地上部Pb积累量增加1.65倍，为重金属植物修复提供了新策略。

　　

Highlight

褪黑素通过调控根系发育和内皮层分化双重机制，显著提升了狗牙根对铅(Pb)的富集能力。低浓度处理(4 μM)使地上部Pb积累量达到单一Pb胁迫处理的1.65倍，展现出典型的剂量依赖性效应。

Results

形态学分析显示，4 μM褪黑素处理使根系分生区活性提升80%，显著缓解了Pb诱导的根生长抑制。分子层面发现：

1）共质体途径主导作用：上调膜转运蛋白基因CdACBP1和CdACBP4表达，促进Pb²⁺跨膜运输；

2）质外体屏障调控：下调木栓质合成关键基因CdLAC3（漆酶3）和CdCYP86-B1（细胞色素P450），延迟Casparian带(CS)和木栓质片层(SL)形成，使质外体途径贡献率提升64%；

3）协同增效：根系构型改变形成更多吸收位点，与运输通路调控产生协同效应。

Discussion

本研究首次阐明褪黑素通过"基因表达-屏障发育-根系构型"三维调控网络促进Pb运输：

• 转运引擎：ACBPs蛋白家族成员作为"分子泵"驱动共质体运输；

• 屏障开关：木质素/木栓质合成通路关键基因表达受抑，如同"松开闸门"增强质外体渗透；

• 吸收网络：根尖增殖形成更密集的"Pb捕获系统"。这种多靶点调控机制为重金属植物修复提供了新思路。

Conclusion

研究证实褪黑素可通过：1）激活Pb转运蛋白基因表达；2）重塑根系内皮层物理屏障；3）促进根系发育，三管齐下优化Pb径向运输效率。该发现为发展基于植物-激素联合修复技术奠定了理论基础。