安徽农业大学作物学学科团队揭示褪黑素缓解重金属胁迫的分子机理
安徽农业大学作物学学科团队在褪黑素缓解重金属胁迫的分子机理方面取得重要进展。该研究通过种子引发的方式，系统评价了褪黑素对Cr胁迫下种子萌发和幼苗生长的影响，并利用分子生物学和遗传学的方法揭示了OsSGT1和OsABI5是褪黑素缓解Cr胁迫的重要信号转导元件，最终阐明了褪黑素通过OsSGT1-OsABI5-OsAPX1模块改善种子耐受性的分子机理。研究以“OsSGT1 promotes melatonin- ameliorated seed tolerance to chromium stress by affecting the OsABI5-OsAPX1 transcriptional module in rice”为题于2022年8月16日发表在国际植物学期刊《植物学杂志》（Plant Journal）上（DOI: 10.1111/tpj.15937）。我校为文章第一作者单位，农学院李瑞清老师为论文第一作者。中国水稻所张华丽博士为论文通讯作者。农学院郑文寅老师、胡群文老师参与了该研究工作。该研究得到水稻生物学国家重点实验室开放课题和公益性基金项目的资助。
随着工业化进程的加剧，重金属污染日益成为威胁人类健康和生态安全的全球性问题。其中，铬（Cr）被ATSDR列为最危险物质中的第7位，而国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer）则将其列为重要致癌物。在印度、东非、南美和中国等地均有不同程度的铬污染。通过污染农田和水体，铬不仅会随食物链进入人体进而危及人体健康，而且也会严重影响植物的生长发育，比如抑制种子萌发、光合作用和矿质的吸收等。利用外源化学物质缓解Cr胁迫，是一种实际可行的方案，如纳米颗粒（NPs）、油菜素内酯（BRs）等。作为一种天然的抗氧化物，已有研究表明，褪黑素（Mel）可以显著缓解铬胁迫， 改善植物的生长发育，但Mel缓解Cr（VI）毒性的分子机理尚不清楚。
研究发现，在水稻种子萌发过程中Mel可显著缓解Cr胁迫，尤其是在OsSGT1-OE材料中可观察到萌发性能的明显改善，相反，OsSGT1和/或OsABI5的突变则显著消除了Mel对Cr胁迫的缓解作用，严重抑制种子的萌发。生理生化试验表明，Mel不仅会抑制萌动种子对Cr的吸收，而且还会改善营养物质的高效运转、促进抗氧化系统的增强以及内源GA激素的合成。遗传分析试验表明，Cr胁迫下，恢复OsSGT1的表达并不能改善sgt1-1abi5突变体的弱萌发表现，但利用pOsSGT1::OsABI5则可使恢复sgt1-1abi5突变体中Mel介导的种子萌发和OsAPX1的显著表达，因此OsSGT1是OsABI5的上游调控因子。通过DAP-seq分析结合EMSA、Y1H和Chip-qPCR等试验，确认了OsABI5直接调控OsAPX1基因的转录表达；
而OsAPX1编码产物过氧化物酶则会加速H2O2清除以维持氧化还原稳态，这对种子萌发及幼苗生长至关重要。总之，该研究为Mel缓解重金属胁迫的分子机理提供了直接证据，也为研究褪黑激素的信号转导提供了新思路。
