다중 오믹스 통합 분석: 전사체와 단백질체의 결합이 셀레늄이 비소 독성을 어떻게 개선하는지를 밝히다
비소(As)는 강력한 발암 물질로 모든 생명체에 독성을 지니고 있습니다. 비소가 농작물에 축적되면 인류의 건강을 위협합니다. 쌀은 전 세계 인구의 약 절반이 주식으로 삼고 있으며, 비소를 효과적으로 축적하는 작물입니다. 쌀과 쌀 식품의 소비는 인간이 노출될 수 있는 여러 비소 노출 경로 중 주요 원인 중 하나입니다. 셀레늄(Se)은 인간을 포함한 여러 생물종에 필수적인 영양소로, 식물에 유익하다고 여겨집니다. 이전 연구에서는 셀레늄 보충이 비소의 축적을 줄이고 항산화제의 효율성과 영양소 함량을 높여 산화 스트레스를 감소시킴으로써 쌀의 비소 유발 독성을 완화할 수 있음을 발견했습니다. 하지만 쌀에서의 As + Se 상호작용의 깊은 기작을 밝히기 위한 상세한 분자 분석이 여전히 필요합니다.
본 연구의 목적은 유전체와 단백질체의 동역학을 통합하여 As + Se 상호작용에서 전사체와 단백질체의 변화를 이해하고, 쌀에서 Se에 의해 매개되는 As 독성 개선을 이해하는 것입니다.
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저널: Journal of Hazardous Materials
영향 요인: 9.038
발행일: 2020년 5월
기사 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420301102
초록
비소(As)는 만성 독소이자 비임계 발암 물질로, 쌀의 식품 사슬 오염원이며 수확량 감소 및 심각한 건강 위험을 초래할 수 있습니다. 셀레늄(Se)은 미량 원소로 비소 독성의 알려진 길항제입니다. 본 연구에서는 전사체 및 단백질체 분석과 형태 분석을 통해 셀레늄이 매개한 비소 스트레스 개선에 관여하는 분자 작용을 탐구했습니다. 셀레늄 보충 후, 연구자들은 세포벽과 세포막 분해로 인한 구조적 변형의 복구를 관찰했습니다. As + Se 노출 그룹에서, 비소 수송 단백질 유전자 NIP1; 1, NIP2; 1, ABCG5, NRAMP1, NRAMP5, TIP2; 2 및 황산염 수송 단백질 SULTR3; 1과 SULTR3; 6의 발현량이 단독 비소 노출 그룹보다 높아 비소 축적과 독성이 감소했습니다. 또한, As + Se 노출 하에서는 AUX/IAA, WRKY 및 MYB TFs 등의 조절 인자의 발현량이 높았습니다. As + Se 노출 하에서 GST, PRX 및 GRX의 상향 조정은 비소 유발 산화 스트레스의 개선을 나타냅니다. As + Se 노출 그룹에서 광합성, 에너지 대사, 수송, 신호 전달 및 ROS 항정에 관여하는 단백질의 풍부함이 단독 비소 노출 그룹보다 높았습니다. 연구는 쌀에서 비소 독성에 대응하는 셀레늄 반응 경로, 유전자 및 단백질을 확인했습니다.
주요 결과
본 연구는 쌀의 전사체 및 단백질체 지도를 종합적으로 통합하여 셀레늄이 매개하는 비소 스트레스 완화 메커니즘을 구축했습니다. 연구 결과는 NIP1; 1, NIP2; 1(Lsi1), NRAMP1, NRAMP5 및 ABC 가족과 같은 수송 단백질이 As와 Se 상호작용을 조절하는 데 주요한 역할을 하여, 비소 축적 감소뿐만 아니라 셀레늄 수준 증가를 초래한다는 것을 밝혔습니다. 또한 황산염 수송 단백질과 액포 수송 단백질의 역할도 명확하게 나타났습니다. 또한, 뿌리와 싹의 성장 형태(뿌리, 뿌리털 등의 수) 및 해부학적 특징(표피, 외피층, 두꺼운 조직 및 피질 영역)은 여러 전사 인자의 증가된 발현과 관련이 있으며, IAA31, IAA14 및 WRKY17, WRKY27, WRKY52와 같은 호르몬은 As + Se 노출 과정에서 식물의 성장 및 비소 내성과 관련이 있었습니다. 생장소 반응 SAUR 유전자는 성장 발달에 적응하는 도구로 여겨지며, As + Se 노출 하에서는 뚜렷한 상향 조정을 나타냈습니다. 항산화 효소(GST30, GST29, PER2, PER12, BAS1 및 글루타레독신, OsGrx_C7)의 발현 증가가 셀레늄의 비소 독성 길항 작용을 입증했습니다. 유전자 발현의 변화는 광합성, 에너지 대사, 방어 및 수송에 관여하는 대응 단백질의 발현 증가를 통해 확인되었습니다. 본문은 성장, 해부학적 특징, 유전자 및 단백질 스펙트럼 분석을 통해 As-Se 상호작용의 대사 네트워크에 대한 심층적인 통찰을 제공하며, 다양한 대사 경로 및 과정의 잘 조율된 반응을 통해 As 스트레스에 대한 쌀의 반응을 완화하는 셀레늄의 매개 작용을 보여줍니다.
다른 노출(대조군, As, Se 및 As+Se) 하에서 식물의 전사 역학
다른 노출(대조군, As, Se 및 As+Se) 하에서 쌀 잎의 단백질체 분석
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