東北地理所在多種納米材料互作影響植物蛋白磷酸化的研究中取得進(jìn)展
近年來(lái)，納米氧化鋅（ZnO NPs）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作為納米肥料大量使用。已有研究表明，ZnO NPs能夠增加植物的光合碳同化、水分利用效率和脅迫抗性。然而，ZnO NPs的過(guò)量使用會(huì)抑制根的生長(zhǎng)，改變植物的生理過(guò)程，影響植物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。另外，納米塑料（nPS）的大量生產(chǎn)與應(yīng)用也使塑料污染成為世界范圍內(nèi)的環(huán)境問(wèn)題之一。然而，我們對(duì)ZnO NPs和nPS互作對(duì)植物生長(zhǎng)的影響知之甚少。為此，東北地理所作物生理與栽培學(xué)科組研究人員以大麥（Hordeum vulgare）為研究對(duì)象，針對(duì)ZnO NPs和nPS互作影響大麥蛋白磷酸化的機(jī)制展開(kāi)研究。
研究發(fā)現(xiàn)，與單一納米材料相比，ZnO NPs和nPS多重處理使過(guò)氧化氫（H2O2）含量增加了12.76%-38.30%，脫落酸（ABA）含量增加了10.42%-29.53%。通過(guò)蛋白磷酸化修飾組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，ZnO NPs和nPS共存改變了172個(gè)蛋白磷酸化位點(diǎn)，生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)這些位點(diǎn)分布在132個(gè)蛋白中。聚類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)，這些蛋白主要參與光合作用、碳固定、氮代謝、精氨酸和脯氨酸代謝。進(jìn)一步的生化分析發(fā)現(xiàn)，與單一納米材料脅迫相比，ZnO NPs和nPS多重處理降低了大麥根部細(xì)胞壁過(guò)氧化物酶（cwPOX）和谷胱甘肽還原酶（GR）的活性，從而加劇了植物抗氧化系統(tǒng)的損傷。此外，ZnO NPs和nPS多重處理改變了大麥蔗糖分解，淀粉合成和糖酵解等碳代謝途徑。綜上，研究結(jié)果表明蛋白磷酸化調(diào)節(jié)植物對(duì)ZnO NPs和nPS互作的生理響應(yīng)，并且與單一納米材料脅迫相比，兩種納米材料共存對(duì)植物產(chǎn)生了更嚴(yán)重的影響。
研究成果發(fā)表于Journal of Hazardous Materials，由作物生理與栽培學(xué)科組博士研究生郭俊紅（第一作者）、李向楠研究員（通訊作者）等共同完成。相關(guān)工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)（XDA28020400），國(guó)家優(yōu)秀青年基金（31922064）等項(xiàng)目資助。
論文信息：Guo, J.H., Li, S.X., Brestic, M., Li, N., Zhang, P., Liu, L., Li, X.N., Modulations in protein phosphorylation explain the physiological responses of barley (Hordeum vulgare) to nanoplastics and ZnO nanoparticles, Journal of Hazardous Materials, (2022).
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130196
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