多組學聯合分析之：轉錄組學與蛋白質組學聯合揭示硒如何改善砷毒性
砷（As）是一種強力的致癌物質，對所有生命形式都有毒。砷在農作物中的積累威脅著人類健康。水稻是全世界約一半人口的主食，是一種有效的砷積累者。水稻和水稻食品的消費是人類現有幾種砷暴露方式中整體砷暴露的主要原因之一。硒（Se）是許多物種（包括人類）必不可少的營養元素，也被認為對植物有益。在本文研究者較早的研究中，發現補充硒可以透過減少砷的積累並透過提高抗氧化劑的效率和營養元素的含量來減輕氧化應激，從而減輕水稻中砷的誘導毒性。但仍需進行詳細的分子分析以闡明水稻中As + Se相互作用的深度機理。
本研究的目的是整合基因組和蛋白質組動力學，瞭解As + Se相互作用中轉錄組和蛋白質組的變化，以瞭解水稻中Se介導的As毒性改善。
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雜誌：Journal of Hazardous Materials
影響因子：9.038
發表時間：May 2020
文章連結：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420301102
摘要
砷（As）是一種慢性毒藥和非閾值致癌物，是大米中的一種食物鏈汙染物，會造成單產下降以及嚴重的健康風險。硒（Se）是一種微量元素，是砷毒性的已知拮抗劑。研究透過轉錄組和蛋白質組分析，以及形態分析，對參與硒介導的砷脅迫改善的分子作用進行了探索。補充硒後，研究者觀察到砷導致的包括細胞壁和細胞膜分解引起的結構畸形的修復。在As + Se暴露組中，砷轉運蛋白基因NIP1; 1、NIP2; 1、ABCG5、NRAMP1、NRAMP5、TIP2; 2以及硫酸鹽轉運蛋白SULTR3; 1和SULTR3; 6的表達量比單獨砷暴露組的高，這使砷的積累和毒性減少。此外， As + Se暴露下，調控因子如AUX/IAA、WRKY和MYB TFs等的表達量較高。As + Se暴露下GST、PRX和GRX的上調錶明瞭砷誘導的氧化應激的改善。在As + Se暴露組中，參與光合作用、能量代謝、轉運、訊號轉導和ROS穩態的蛋白質丰度高於單獨砷暴露組。研究確定了應對水稻中砷毒性的硒反應途徑、基因和蛋白質。
主要結果
本研究報告了水稻轉錄組和蛋白質組圖譜的全面整合，以建立硒介導的砷脅迫緩解機制。研究發現轉運蛋白（如NIP1；1，NIP2；1（Lsi1），NRAMP1，NRAMP5和ABC家族）在調節As和Se相互作用中起主要作用，不僅導致As積累減少，而且導致Se水平升高。另外，硫酸鹽轉運蛋白和液泡轉運蛋白的作用也很明顯。此外，根和芽生長的形態學特徵（根、根毛等的數目）和解剖學特徵（表皮、外皮層、厚壁組織和皮質區）與許多轉錄因子的增強表達相關，激素如IAA31、IAA14和WRKY17、WRKY27和WRKY52與As + Se暴露過程中的植物的生長和As耐受性有關。生長素響應SAUR基因，被認為是適應生長髮育的工具，在As + Se暴露下也顯示出明顯的上調。抗氧化酶（GST30，GST29，PER2，PER12，BAS1和谷氧還蛋白，OsGrx_C7）的表達增加，證明了Se對As毒性的拮抗作用。基因表達的變化透過參與光合作用、能量代謝、防禦和轉運的相應蛋白質的表達增強來證實。本文透過對生長、解剖特徵以及基因和蛋白質譜的分析，提供了對As-Se相互作用的代謝網路的更深刻的見解，顯示Se介導了各種代謝途徑和過程的良好協調反應，從而緩解了水稻對As脅迫的反應。
不同暴露（對照、As、Se和As+Se）下植株的轉錄動力學
不同暴露（對照、As、Se和As+Se）下水稻葉片的蛋白組學分析
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