近日，我院草种质资源创新与育种应用创新团队在白三叶耐重金属镉（Cd）胁迫的生理及分子响应机制研究中取得新进展。团队通过综合分析生理生化指标，结合比较转录组学，揭示了白三叶耐Cd胁迫的生理及分子机制，为在Cd污染土壤中种植白三叶进行植物修复提供了理论依据。

本研究发现在大部分Cd都被滞留在白三叶根部，并主要固定在细胞壁中，同时Cd胁迫激活了白三叶中的抗氧化物酶（SOD、POD等）防御系统。比较转录组数据表明，在Cd胁迫下白三叶的差异表达基因主要富集在氧化还原反应、重金属转运蛋白、MAPK信号通路-植物、谷胱甘肽合成、苯丙素生物合成等代谢通路中。其中苯丙素生物合成代谢通路是木质素的主要合成方式，Cd胁迫通过诱导白三叶中相关基因上调表达，促进木质素的合成。木质素是细胞壁的主要成分，其生物合成可提高细胞壁与重金属离子的结合效率。谷胱甘肽（GSH）在对Cd的解毒作用中也起着重要作用。GSH不仅可以作为前体合成植物螯合肽，对Cd进行螯合固定，通过重金属转运蛋白（ABC转运蛋白、MATE转运蛋白等）转运到液泡中隔离；还参与多余活性氧（ROS）的清除，与抗氧化酶系统（SOD、POD、HSP等）一起降低Cd胁迫造成的植物细胞膜氧化性损伤。总之，Cd胁迫下白三叶对Cd的耐受性主要有两种途径:1)通过上调苯丙素生物合成途径的基因来增强细胞壁的生物合成，提高细胞壁的Cd固定效率，从而减轻Cd的毒性;2)通过上调谷胱甘肽代谢通路基因，促进GSH合成，提高Cd螯合效率并诱导抗氧化系统对抗ROS积累，从而提高对Cd的耐受性。

相关成果Unraveling Cadmium Toxicity in Trifolium repens L. Seedling: Insight into Regulatory Mechanisms Using Comparative Transcriptomics Combined with Physiological Analyses(白三叶对重金属镉胁迫响应生理及分子机制的研究)发表在中科院TOP期刊InternationalJournalofMolecularSciences(IF=5.924)。bat365官网登录入口吴菲菲博士后为论文第一作者，聂刚副教授和张新全教授为通讯作者。本研究得到了国家现代农业产业技术体系，四川省十四五育种攻关（2021YFYZ0013）和科技部南方草地牧草资源项目（2017FY100602）的资助。

白三叶应对重金属镉的分子响应机制图