蘚苔類の多様性を利用した重金属回収と環境浄化の効果的方法の研究開発

利用苔藓植物多样性研究开发重金属回收和环境净化的有效方法

基本信息

批准号：
15F15079
负责人：
榊原均
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

はじめにゼニゴケの重金属に対する耐性度合いと体内での蓄積様式の評価を行ったところ、Cd, Cu, PbおよびZnの植物体内での蓄積分布様式と耐性度合いはそれぞれ異なることが明らかになった。Cdは植物体内における移動性が高く、植物のより若い領域（細胞分裂を盛んに行う部位）に容易に移動し大量に蓄積されており、その分布特性により強い毒性を示した。一方、Pbは蓄積量が低く、また植物体内の移動も起こりにくく、毒性も最も低かったことから、ゼニゴケはPbに対して耐性をもっていることがわかった。 CuおよびZn処理はCdとPbの中間的な応答を示した。以上の解析から、重金属に対する耐性とその金属の蓄積量および体内での移動度には負の相関があることがわかった。換言すれば、ゼニゴケは体内から細胞外に金属を排出することで、吸収した重金属の体内での移動を避け、特に若く細胞分裂を繰り返す組織への蓄積を抑えることで毒性の効果を最小限に抑えていると考えられた。次に重金属の中で最も高い毒性を示したCdについて、その毒性に対する応答機構のしくみを知るためにCdに対する応答様式のトランスクリプトーム解析を行った。その結果、Cd処理により529個の遺伝子の発現が有意に変動することを同定した。オントロジー解析により、Cdストレスは酸化的代謝に関わる遺伝子や輸送に関連する遺伝子の発現に影響を及ぼしていた。また、興味深いことに、このストレスはジャスモン酸とサリチル酸の生合成経路に関わるいくつかの遺伝子の発現に対し、強い影響を与えていた。この生物学的な意義について明確にすることはできなかったが、これらのホルモンはゼニゴケのCdストレス応答におけるシグナル伝達の情報分子として重要な役割を果たしているのかもしれない。また、抗酸化防御に関与するフラボノイドの合成に関わる遺伝子群が正に制御されていることが見出された。

首先，我们评估了对重金属的耐药性和体内的积累模式，并且发现植物中CD，Cu，Pb和Zn的积累分布和抗性模式不同。 CD在植物中高度动员，很容易迁移到植物的年轻区域（积极分裂细胞分裂的部位）并大量积累，其分布特征显示出较强的毒性。另一方面，PB的积累很低，很难在植物内迁移，并且也是最低的毒性，因此发现瘦苔藓对PB具有抗性。 Cu和Zn处理显示CD和PB之间的中间反应。从上面的分析中，发现对重金属的抗性，金属积累的量和体内的迁移率之间存在负相关。换句话说，通过从体内到细胞外部排出金属，人们认为，通过避免了体内吸收的重金属的迁移，并抑制在年轻年龄段反复分裂的组织中的积累来最大程度地减少毒性作用。接下来，对于在重金属中表现出最高毒性的CD，我们对CD响应进行了转录组分析，以了解如何进行对其毒性的反应机制。结果，据确定，CD处理显着改变了529个基因的表达。本体论分析表明，CD应激对参与氧化代谢和与转运相关的基因的基因的表达有影响。有趣的是，这种应激对参与茉莉酸和水杨酸的生物合成途径的几个基因的表达产生了强烈的影响。尽管无法阐明这种生物学意义，但这些激素可能起着重要作用，因为在Sinensis Moss的CD应激反应中，信号信息分子。还发现，与抗氧化防御的类黄酮合成的基因组受到积极调节。