在黄进课题组每周的文献分享组会上由张千琦（2025级环境科学与工程专业研究生）分享文献，该文章发表于Journal of Hazardous Materials（一区，IF=13.6，第一作者：Liuhui Kuang，通讯作者：Zhigang Han , Dezhi Wu）。

1、研究背景：重金属胁迫下大麦的响应机制与基因调控研究

重金属（如镉、铜、锌、铁、锰）是广泛存在的环境污染物，尤其在工业发达地区更为普遍。虽然铜、锌、铁和锰是植物生长必需的微量营养素，但过量积累会导致植物毒性反应和生长受损。镉是一种非必需元素，即使在低浓度下也具有高度毒性，会干扰植物对必需元素（如铁、锌和钙）的吸收，显著降低作物生长和谷物产量，并通过食物链进入人体，对人类健康构成威胁。大麦是全球主要谷类作物之一，对非生物胁迫具有良好的耐受性，且有高质量的基因组可供研究。目前，对大麦中重金属相关转运蛋白的转录调控和进化研究还较少。因此，本研究旨在通过多组学方法，揭示大麦在镉胁迫和微量营养素缺乏条件下重金属转运相关基因和微小RNA（microRNAs，miRNA）的响应机制。

2、研究结果：

①Cd与其他二价金属离子共享运输机制

在镉胁迫下，大麦根中镉积累量显著增加，而锰浓度显著降低，表明镉与锰之间存在竞争关系。此外，铁、铜、锌等元素之间也存在显著的负相关关系，说明这些二价金属离子之间存在复杂的交叉稳态网络。

②大麦根中诸多转运蛋白基因响应镉胁迫

通过RNA-seq分析，研究者在大麦根中鉴定出532个与重金属相关的转运蛋白基因，这些基因分布在10个家族中。在镉胁迫下，80%的差异表达转运蛋白基因被诱导表达，表明镉胁迫下大麦根中存在广泛的转录响应。

③超富集植物中Cd的特异性累积机制可能与转运蛋白基因家族的扩张相关

通过比较六种植物物种（包括镉超富集植物和低富集植物），发现超富集植物中ABC、CAX、HMA、MATE和MFS基因家族显著扩张，而金属吸收转运蛋白本身并未显著扩张，表明镉的超富集可能与这些基因家族的扩张有关。

04转录因子和miRNA可能参与关键金属离子转运蛋白转录调控网络

通过加权基因共表达网络分析（WGCNA），研究者鉴定出35个关键转录因子（包括bHLH、NAC和WRKY家族成员），这些转录因子可能调控金属稳态。此外，还发现了29个miRNA-转运蛋白调控对，表明miRNA在重金属胁迫响应中也发挥重要作用。

3、对课题组的启示：

本课题组硕士研究生张千琦目前的课题是“新污染物对植物（水生、陆生）毒性效应及毒理机制的研究”（暂定），黄进课题组基于转录组、蛋白组、代谢组开展研究，并利用转基因体系对关键基因进行功能验证是比较成熟的科研体系。该研究对我们的启示包括以下两点：

①合理聚集关键靶点：在该研究中，作者利用不同富集能力的植物开展对比，并利用转录组筛选转录因子并与miRNA组学开展联合分析，为我们的研究提供了新的思路，该方法一定程度上聚焦了分析的对象（转录组往往出现差异基因过多的问题）。

②合理拓展研究维度：此外，相对于之前单维度（单元素、单基因、单一组学分析方法），该研究将微量元素也作为影响镉吸收的变量，在不同类型植物比较（富集+非富集）、多组学分析（转录组+miRNA组）合理增加了研究的维度（镉+微量元素）。该研究也提示我们，合理地提高研究维度也是目前在高水平环境科学问题的研究中常采用的策略。