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目的:水稻是甲基汞超富集植物,摄食稻米已成为汞矿区人群甲基汞暴露的主要途径,造成了潜在的居民甲基汞健康暴露风险。探寻水稻吸收转运甲基汞及其抗性机理,可为调控水稻吸收甲基汞进而有效控制水稻甲基汞污染,降低居民食用稻米导致的甲基汞暴露风险提供基础理论指导。本研究对水稻进行甲基汞胁迫试验,分析水稻组织中甲基汞分布特征和生理生化指标变化,并对其根尖进行i TRAQ蛋白组学和miRNA高通量测序,筛选甲基汞胁迫下发生响应的差异表达蛋白和miRNA,初步探讨水稻吸收转运甲基汞的分子机制,以期为阻止水稻甲基汞累积和降低人群甲基汞暴露风险研究提供借鉴。方法:采用盆栽实验方法,以籼稻两优302为实验材料,设置四个不同浓度甲基汞对其进行胁迫,分别为0ng/g、50ng/g、150ng/g、300ng/g,每组三盆,每盆三株水稻。采集样本组织后,应用溶剂萃取水相乙基化衍生气相色谱联用冷原子荧光法(GC-CVAFS),测定水稻各组织中甲基汞含量;采用试剂盒检测根茎叶组织的脯氨酸(Pro)、总蛋白(TP)、丙二醛(MDA)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、总超氧化物歧化酶(T-SOD),以及茎叶的叶绿素;应用i TRAQ技术筛选水稻根尖表达差异蛋白并进行功能分析;应用高通量测序技术对水稻根尖进行miRNA测序,筛选差异表达miRNA,预测靶基因并对其进行功能分析和通路分析。结果:1.甲基汞胁迫下水稻不同组织甲基汞分布特征:根茎叶各胁迫组甲基汞含量均高于对照组(P<0.05),甲基汞的含量随着处理浓度的增大而增加,对照组水稻组织甲基汞含量分布呈现根>茎>叶,剂量胁迫组呈现茎>根>叶。2.甲基汞胁迫下水稻生理生化指标变化:(1)根中各胁迫组脯氨酸含量与对照组相比无显著差别;茎和叶中脯氨酸含量甲基汞各胁迫组高于对照组(P<0.05)。(2)根和茎中高剂量胁迫组总蛋白含量低于对照组(P<0.05);叶中总蛋白含量中、低剂量胁迫组低于对照组(P<0.05)。(3)根中POD活力各剂量胁迫组均高于对照组(P<0.05);茎中POD差异无统计学意义,叶中POD低汞胁迫组高于对照组(P<0.05)。(4)根茎叶中各胁迫组CAT与对照组差异无统计学意义。(5)根中SOD各胁迫组均高于对照组(P<0.05);茎中SOD是中剂量和高剂量胁迫低于对照(P<0.05);叶中高剂量胁迫组低于对照组(P<0.05)。(6)根中MDA三个胁迫组高于对照组(P<0.05);茎中中剂量和高剂量低于对照组(P<0.05);叶中低剂量胁迫组高于对照组(P<0.05)。3.i TRAQ筛选差异表达蛋白:(1)在差异倍数FC(fold change)≥1.20或≤0.83条件下,处理组与对照组比较筛选出88个差异蛋白,其中32个蛋白表达上调,56个蛋白表达下调,发现15个显著差异蛋白(包括类萌发素蛋白、脂氧合酶和过氧化物酶等)与金属离子结合相关。(2)差异蛋白参与生物学过程15种、细胞组分11种、分子功能10种,涉及28条代谢通路。4.高通量测序筛选差异表达miRNA:(1)相较对照组,低汞胁迫组差异miRNA有39个(17个显著上调,22个显著下调);中汞胁迫组差异miRNA有52个(27个显著上调,25个显著下调);高汞组差异miRNA共18个(9个显著上调,9个显著下调)。(2)差异miRNA预测具有注释功能靶标基因,低剂量组285个、中剂量组537个和高剂量组426个。(3)低汞组差异miRNA预测靶基因参与生物学过程295种、分子功能157种和细胞组分46种;中汞组差异miRNA预测靶基因参与生物学过程361种、分子功能73种和细胞组分185种;高汞组差异miRNA预测靶基因参与生物学过程317种、分子功能170种和细胞组分43种。(4)差异miRNA靶基因参与相关通路,低汞组23条、中汞组45条和高汞组24条,主要参与生物合成、代谢过程和信号转导等通路。结论:1.甲基汞胁迫对水稻产生毒性,使生理生化指标发生变化,大部分指标在根部积累;体内甲基汞含量随着浓度增大而增加,呈甲基汞富集特征。2.差异表达蛋白主要通过参与内质网蛋白加工、蔗糖与淀粉代谢、氧化磷酸化与乙醛酸和二羧酸酯代谢等通路响应水稻甲基汞胁迫。3.差异表达miRNA靶基因主要参与生物合成、代谢过程和信号转导等生物学过程。4.差异表达的蛋白质和miRNA是水稻响应甲基汞毒性分子调控网络中的重要成员。