天津师大学者：NMT发现多巴胺促根吸Cd并抑制Cd胁迫引起的排Ca2+ 为研究多巴胺提升浮萍Cd富集机制提供证据
基本信息
主题：NMT发现多巴胺促根吸Cd并抑制Cd胁迫引起的排Ca2+ 为研究多巴胺提升浮萍Cd富集机制提供证据
期刊：Plants-Basel
影响因子：4.658
研究使用平台：NMT重金属胁迫创新平台
标题：New Insight into the Function of Dopamine (DA) during Cd Stress in Duckweed ( Lemna turionifera 5511)
作者：天津师范大学，王温乔、杨允文、马旭、何纡蔓、杨琳
获奖情况：该成果获得2022-2023年度“中关村优秀NMT成果奖”三等奖
检测离子/分子指标
Cd2+
、Ca2+
检测样品
浮萍根（距根尖100μm）
供稿人简介
王温乔 硕士 中国科学院植物研究所 从事神经递质在植物中的功能研究 利用NMT技术探明植物响应镉胁迫机制 所在团队分别在Plants(basel)、Environmental Pollution、Ecotoxicology and Environmental Safety上发表论文，为神经递质在植物中的功能领域提供了新的知识。
中文摘要
多巴胺(Dopamine, DA)是动物体内的一种神经递质，已被证明在非生物胁迫下对植物产生积极影响。本研究揭示了DA在镉胁迫下对植物的作用。外源DA (10/20/50/100/200 μM)可以缓解Cd胁迫下浮子叶片的黄变，其中50 μM是通过减少根系断裂、恢复光合作用和叶绿素含量来抵抗Cd胁迫的最佳浓度。此外，24 h DA处理通过促进Cd2+的内流，使Cd胁迫下浮萍的Cd含量提高了1.3倍。此外，基因表达变化研究表明，在Cd胁迫下，添加DA可上调光合相关基因的表达。此外，还探讨了da诱导Cd解毒和积累的机制;Cd胁迫下，添加DA显著上调了空泡铁转运蛋白1 (VIT1)、多药耐药相关蛋白(MRP)和Rubisco等关键基因的表达。在Cd胁迫下，DA诱导胞内Ca2+含量增加，Ca2+外排减少，并与环核苷酸门控离子通道2 (CNGC2)的表达变化同步，预测在植物中，CNGC2可能是DA作用的上游靶点，触发胞内Ca2+信号变化。我们的研究结果表明，补充DA可以通过增强浮萍的光合作用、改变细胞内Ca2+信号以及促进Cd的解毒和积累来提高对Cd的抗性。有趣的是，我们发现暴露于Cd降低了内源性DA含量，这是由于莽草酸途径被阻断和酪氨酸氨基转移酶(TAT)基因表达降低的结果。DA在Cd胁迫中的作用为DA在水生系统Cd植物修复中的应用和研究提供了新的视角。
离子/分子流实验处理方法
（1）Cd2+测定：浮萍被放置在培养皿中，并用测试液覆盖，先进行无镉测定5分钟后，添加CdCl2母液使测试液中中CdCl2浓度达到50 μM，并立即进行持续10分钟的镉离子NMT测定。随后在添加CdCl2的30分钟后（此时镉的流速基本保持稳定），再次进行镉离子NMT测定，持续十分钟。
（2）Ca2+测定：浮萍在各自的处理组中处理24小时后，进行钙离子流NMT测定。
离子/分子流实验结果
（1）Cd2+测定：采用NMT技术测定后，发现多巴胺预处理后的浮萍，其根部对于Cd2+的吸收速率被提升（图1）。
图1 多巴胺对浮萍根部Cd2+吸收的影响。负值代表Cd2+内流。
（2）Ca2+测定：采用NMT技术测定后，发现镉处理后，浮萍根部钙离子由缓慢内流变为迅速外排，而多巴胺预处理可以显著降低Ca2+外排速率，说明多巴胺通过改变钙信号参与了植物的镉胁迫抗性（图2）。
图2. 多巴胺对浮萍根部钙离子流速的影响。负值代表Ca2+吸收，正值代表Ca2+外排。
其他实验结果
- 多巴胺在植物中的潜在作用靶点可能是CNGC2；
- 多巴胺增强了vacuolar iron transporter 1的表达，从而在增强浮萍镉富集的同时提升了镉抗性；
- 镉胁迫通过阻断莽草酸循环，降低了多巴胺前体物质酪氨酸的含量，从而降低浮萍内源多巴胺含量。
结论
通过NMT测定发现，外源多巴胺显著加速了浮萍根部Cd2+的内流速率，而对Ca2+流速的测定则证实了多巴胺通过影响钙信号来改变植物生理活动。这些结果为培育高镉富集植物提供新的思路和靶点。
测试液
0.1 mM CaCl2, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, 50 μM CdCl2, 加入或不加入 50 μM DA（pH 5.5）.
NMT仪器信息
·活体培养环境监测仪
·智能自动化非损伤微测系统
文章原文：https://doi.org/10.3390/plants12101996
供稿：王温乔
编辑：叶斌，刘兆义
关键词：Cd2+；Ca2+；多巴胺；重金属；浮萍；根；植物类