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[论文快报]四环素对黑麦草生长发育、氧化应激反应及代谢模式的影响

近日,金沙国际网站多少金沙正规娱乐官网韩涛博士团队联合北京大学城市与环境学院、农业农村部作物水分利用与调控重点实验室/中国农业科学院农田灌溉研究所、新乡医学院公共卫生学院和延安大学石油与环境工程学院,完成了四环素抑制黑麦草根系生长的代谢产物测定及可能存在的代谢途径分析,于2019年07月09日被Journal of Hazardous Materials(IF2018=7.650)接收,题目为“Effects of tetracycline on growth, oxidative stress response, and metabolite pattern of ryegrass”。该研究获得了69种代谢产物,其中11个对黑麦草根长有重要作用的代谢产物,分析了四环素影响黑麦草根长的差异代谢途径,该研究为四环素对黑麦草根系生长的生态毒理效应,以及四环素类抗生素对植物生长发育的影响提供了理论依据。

 

论文解读:

抗生素被广泛用于控制微生物的生长,以控制疾病和感染。然而,过度使用会导致抗生素耐药性,导致其有效性降低。抗生素有一些副作用,可以对人类生长和代谢产生负面影响,例如,它们可以损害儿童的听力。由于抗生素的广泛使用,抗生素已成为最重要的环境污染物之一,同时,抗生素严重威胁植物的生长和代谢,研究表明,抗生素可以影响小麦的生长和抗氧化酶活性。

本研究获得了69种根系代谢产物,通过分析代谢产物与根长的关系,发现11个代谢产物的重要性超过1.35,均和根长呈正相关,相关系数均大于0.9,这些代谢产物在根伸长方面可能有重要作用;对差异性代谢产物进行代谢途径分析,获得了3个差异性代谢途径(氨酰生物合成途径,氮代谢途径,丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢途径),在差异性代谢产物中,发现了多种与糖代谢相关的代谢产物,推断糖代谢可能在根伸长中也扮演着重要作用。为了能够清楚地阐明其原因,我们计划进行转录组测序,通过荧光定量PCR技术检测基因的表达情况,进行转录组和代谢组联合分析,以更好的解释其分子机理。

图1 黑麦草叶尖和根尖图片。绿色、红色和黑色箭头分别表示可见的色素、茎尖和根尖。a和e:对照,b和f:1 mg/L四环素,c和g:10 mg/L四环素,d和h:100 mg/L四环素

图2 形态指标。a:形态图片,b:长度,c:鲜重

图3 氧化应激反应。a-d:活性氧的荧光显微镜图片(0-100 mg/L),e:活性氧的相对含量,f:细胞通透性变化,g:线粒体膜电位损失

图4 根系代谢产物分析。a:代谢产物热图,显示代谢产物的相对含量,采用层次聚类模型进行聚类分析,b:OPLS-DA分析(代谢产物为X变量,根长为Y变量),星号表示VIP(变量重要性)大于1.35的代谢产物,c:对照与四环素处理的代谢产物丰度差异分析,d:代谢途径分析。

图5 代谢产物图。蓝色和红色分别代表四环素处理中代谢产物含量与对照相比的上调和下调。

该论文的第一作者为金沙国际网站多少金沙正规娱乐官网韩涛博士、共同第一作者为农业农村部作物水分利用与调控重点实验室/中国农业科学院农田灌溉研究所梁月萍博士,北京大学城市与环境学院葛世栋博士、金沙国际网站多少金沙正规娱乐官网米兆荣博士为通讯作者,本项目得到了国家自然科学基金、国家十三五重点研发计划资助项目、河南省自然科学基金、河南省重点研发与推广专项、金沙国际网站多少自然科学基金研究计划项目资助。

韩涛博士简介

韩涛,现任金沙国际网站多少金沙正规娱乐官网讲师。于2010年获得河南大学生物工程学士学位,2013年获得中国科学院大学(西北高原生物研究所)生态学硕士学位,2016年获得南开大学生态学博士学位,2016年至今在金沙国际网站多少金沙正规娱乐官网工作。韩涛博士一直从事环境污染物对植物的毒理效应及生态修复等方面的研究工作,发表SCI论文3篇。

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