近日，湖南农业大学农学院揭雨成教授团队在国际期刊Journal of Hazardous Materials  (IF2023 =13.6；中科院环境科学与生态学大类一区TOP)发表了题为 “BnXTH1 regulates cadmium tolerance by modulating vacuolar compartmentalization and the cadmium binding capacity of cell walls in ramie (Boehmeria nivea)”的研究论文。

该研究鉴定并克隆了苎麻XTH家族的一个成员BnXTH1，该成员在苎麻中响应Cd胁迫。将BnXTH1在拟南芥和苎麻中过表达发现，转BnXTH1基因型植物的的耐和富集Cd能力显著提高。在此基础上，研究发现过表达BnXTH1苎麻细胞壁及液泡的Cd富集能力提高。进一步研究发现过表达BnXTH1苎麻中，XTH活性和木葡聚糖含量提高，增加了细胞壁的半纤维素含量，提高了苎麻细胞壁的Cd固定能力。此外，BnXTH1的过表达可提高液泡Cd区化相关基因及蛋白的表达，参与液泡Cd区隔化。研究还证明了在Cd胁迫下，苎麻细胞体内的MeJA积累，MeJA诱导BnXTH1 p对Cd胁迫的反应，从而作用于BnXTH1p上的响应元件，激活了BnXTH1的表达。

综上所述，在Cd胁迫作用下，苎麻细胞体内的MeJA积累，激活了BnXTH1的表达，增加XTH活性和木葡聚糖的的生物合成，从而增加了细胞壁的半纤维素含量，并在苎麻细胞壁提供了更多的Cd结合位点来固定细胞壁中的Cd，降低细胞内Cd。同时，BnXTH1蛋白可影响Cd的液泡区隔化，使液泡中富集更多的Cd，有效降低细胞器和可溶性部分中的Cd水平。通过这两种方式，BnXTH1将Cd隔离在细胞壁和液泡中，降低了细胞器和可溶性部分的Cd水平，提高了苎麻对Cd毒性的抗性，这一系列反应增加了苎麻对Cd的耐受性和富集性。

图1  BnXTH1调控苎麻耐Cd性的示意图模型

湖南农业大学农学院毕业学生马玉申博士为该论文第一作者。湖南农业大学苎麻研究所揭雨成教授为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(31872877, 32071940)、国家重点研发计划(2019YFD1002205-3)、湖南省重点领域研究发展计划(2019NK206102, 2020NK2028)等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134172

通讯员：邢虎成