東北地理所在多種納米材料互作影響植物蛋白磷酸化的研究中取得進展
近年來，納米氧化鋅（ZnO NPs）在農業生產中作為納米肥料大量使用。已有研究表明，ZnO NPs能夠增加植物的光合碳同化、水分利用效率和脅迫抗性。然而，ZnO NPs的過量使用會抑制根的生長，改變植物的生理過程，影響植物的生長和產量。另外，納米塑料（nPS）的大量生產與應用也使塑料污染成為世界范圍內的環境問題之一。然而，我們對ZnO NPs和nPS互作對植物生長的影響知之甚少。為此，東北地理所作物生理與栽培學科組研究人員以大麥（Hordeum vulgare）為研究對象，針對ZnO NPs和nPS互作影響大麥蛋白磷酸化的機制展開研究。
研究發現，與單一納米材料相比，ZnO NPs和nPS多重處理使過氧化氫（H2O2）含量增加了12.76%-38.30%，脫落酸（ABA）含量增加了10.42%-29.53%。通過蛋白磷酸化修飾組學分析發現，ZnO NPs和nPS共存改變了172個蛋白磷酸化位點，生物信息學分析發現這些位點分布在132個蛋白中。聚類分析發現，這些蛋白主要參與光合作用、碳固定、氮代謝、精氨酸和脯氨酸代謝。進一步的生化分析發現，與單一納米材料脅迫相比，ZnO NPs和nPS多重處理降低了大麥根部細胞壁過氧化物酶（cwPOX）和谷胱甘肽還原酶（GR）的活性，從而加劇了植物抗氧化系統的損傷。此外，ZnO NPs和nPS多重處理改變了大麥蔗糖分解，淀粉合成和糖酵解等碳代謝途徑。綜上，研究結果表明蛋白磷酸化調節植物對ZnO NPs和nPS互作的生理響應，并且與單一納米材料脅迫相比，兩種納米材料共存對植物產生了更嚴重的影響。
研究成果發表于Journal of Hazardous Materials，由作物生理與栽培學科組博士研究生郭俊紅（第一作者）、李向楠研究員（通訊作者）等共同完成。相關工作得到了中國科學院戰略先導專項（XDA28020400），國家優秀青年基金（31922064）等項目資助。
論文信息：Guo, J.H., Li, S.X., Brestic, M., Li, N., Zhang, P., Liu, L., Li, X.N., Modulations in protein phosphorylation explain the physiological responses of barley (Hordeum vulgare) to nanoplastics and ZnO nanoparticles, Journal of Hazardous Materials, (2022).
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130196
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