多組学の統合分析：トランスクリプトームとプロテオームが明らかにするセレンが砒素毒性を改善する方法
ヒ素（As）は強力な発癌物質であり、すべての生命形態に対して毒性を持っています。農作物へのヒ素の蓄積は人間の健康を脅かします。米は世界人口のおよそ半数が主食としており、ヒ素の蓄積が効率的に行われる作物です。米と米製品の消費は、人間が現在経験しているいくつかのヒ素暴露経路の中で、全体的なヒ素暴露の主な原因の一つです。セレン（Se）は、多くの種（人間を含む）に不可欠な栄養素であり、植物にとっても有益であると考えられています。先行研究では、セレンの補充がヒ素の蓄積を減少させ、抗酸化剤の効率と栄養素の含量を向上させることによって酸化ストレスを軽減し、米中のヒ素誘導毒性を軽減することが示されています。しかし、米におけるAs + Se相互作用の深いメカニズムを明らかにするための詳細な分子分析が必要です。
本研究の目的は、ゲノムとプロテオームの動態を統合し、As + Se相互作用におけるトランスクリプトームとプロテオームの変化を理解し、米におけるSeが媒介するAs毒性の改善について理解することです。
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ジャーナル：Journal of Hazardous Materials
インパクトファクター：9.038
発行日：2020年5月
記事リンク：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420301102
概要
ヒ素（As）は慢性毒であり、閾値のない発癌物質であり、米における食物連鎖の汚染物質であり、単収低下や深刻な健康リスクをもたらします。セレン（Se）は微量元素であり、ヒ素毒性の既知の拮抗剤です。トランスクリプトームとプロテオーム分析、および形態分析を通じて、セレンが媒介するヒ素ストレスの改善に関与する分子作用を探求しました。セレンを補充した後、研究者はヒ素によって引き起こされた細胞壁と細胞膜の分解に起因する構造異常の修復を観察しました。As + Se暴露群では、ヒ素輸送タンパク質遺伝子NIP1; 1、NIP2; 1、ABCG5、NRAMP1、NRAMP5、TIP2; 2、および硫酸塩輸送タンパク質SULTR3; 1とSULTR3; 6の発現量が単独のヒ素暴露群よりも高く、これによりヒ素の蓄積と毒性が減少しました。さらに、As + Se暴露下では、AUX/IAA、WRKY、MYB TFsなどの調節因子の発現量が高くなりました。As + Se暴露下でのGST、PRX、GRXの上昇は、ヒ素誘導の酸化ストレスの改善を示しています。As + Se暴露群では、光合成、エネルギー代謝、輸送、シグナル伝達、およびROS恒常性に関与するタンパク質の豊富さが単独のヒ素暴露群よりも高かったです。研究は、米におけるヒ素毒性に対処するセレン応答経路、遺伝子、およびタンパク質を特定しました。
主な結果
本研究は、セレンが媒介するヒ素ストレス緩和メカニズムを確立するために、米のトランスクリプトームとプロテオームの全面的な統合を報告しました。研究は、輸送タンパク質（NIP1; 1、NIP2; 1（Lsi1）、NRAMP1、NRAMP5、ABCファミリー）がAsとSeの相互作用を調節する上で主要な役割を果たし、As蓄積の減少だけでなく、Seレベルの上昇にもつながることを発見しました。さらに、硫酸塩輸送タンパク質と液胞輸送タンパク質の役割も顕著でした。また、根と芽の成長の形態学的特性（根、根毛などの数）と解剖学的特性（表皮、外皮層、厚壁組織、皮質領域）は、多くのトランスクリプト因子の強化された発現と関連しており、IAA31、IAA14、WRKY17、WRKY27、WRKY52などのホルモンは、As + Se暴露プロセスにおける植物の成長とAs耐性に関連しています。成長素応答SAUR遺伝子は、成長発達への適応のツールと考えられ、As + Se暴露下でも顕著に上昇しました。抗酸化酵素（GST30、GST29、PER2、PER12、BAS1、グルタレドキシン、OsGrx_C7）の発現増加は、SeのAs毒性に対する拮抗作用を証明しています。遺伝子発現の変化は、光合成、エネルギー代謝、防御、輸送に関与する対応するタンパク質の発現増強によって確認されました。本稿は、成長、解剖学的特徴、および遺伝子とタンパク質のプロファイルの分析を通じて、As-Se相互作用の代謝ネットワークについてのより深い洞察を提供し、Seがさまざまな代謝経路とプロセスの良好な調整応答を媒介し、米のAsストレス反応を緩和することを示しています。
異なる暴露（対照、As、Se、As+Se）下での植物の転写動態
異なる暴露（対照、As、Se、As+Se）下での米葉のプロテオーム解析
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