Melatonin giúp củ cải chịu đựng cadmium bằng cách điều chỉnh các chất chelat kim loại nặng và vận chuyển quan trọng

Cadmium (Cd) là một chất ô nhiễm môi trường gây ra nguy cơ sức khỏe cho các sinh vật sống. Melatonin (MT) đã nổi lên như một phân tử pleiotropic phổ biến có khả năng điều phối các căng thẳng do kim loại nặng (HM) ở thực vật. Tuy nhiên, cơ chế mà melatonin điều chỉnh trạng thái hoà tan và độc tính của Cd ở mức độ phiên mã và/hoặc sau phiên mã trong củ cải vẫn chưa rõ ràng. Trong nghiên cứu này, hoạt động của năm enzym chống oxy hóa chính đã tăng lên, trong khi nồng độ Cd trong rễ và thân củ cải đã giảm rõ rệt nhờ có melatonin. Phân tích sự sắp xếp trình tự RNA nhỏ và transcriptome cho thấy có 14 microRNA (DEMs) biểu hiện khác nhau và 966 gen (DEGs) biểu hiện khác nhau được chia sẻ giữa các điều kiện Cd và Cd + MT. Tổng cộng, 23 và mười cặp miRNA-DEG có tương quan đã được xác định trong các so sánh giữa Con với Cd và Con với Cd + MT, tương ứng. Một số DEGs mã hóa cho yellow stripe 1-like (YSL), heavy metal ATPases (HMA), và ATP-binding cassette (ABC) transporters đã tham gia vào việc vận chuyển và ngăn chặn Cd trong củ cải. Việc tiếp xúc với Cd²⁺ trong rễ đã kích thích một số phân tử tín hiệu cụ thể, từ đó kích hoạt một số chất chelat HM, các vận chuyển và các chất chống oxy hóa để thu hồi các gốc oxy tự do (ROS) và khử độc, loại bỏ độc tính Cd trong cây củ cải. Đặc biệt, phân tích biến đổi gen cho thấy việc quá biểu hiện của gen RsMT1 (Metallothionein 1) có thể tăng cường khả năng chịu đựng Cd của cây thuốc lá, cho thấy rằng melatonin ngoại sinh mang lại khả năng chịu đựng Cd, có thể là do việc nâng cao biểu hiện của gen RsMT1 do melatonin điều chỉnh trong cây củ cải. Các kết quả này có thể đóng góp vào việc phân tích cơ sở phân tử điều khiển phản ứng căng thẳng Cd được trung gian bởi melatonin ở thực vật và mở đường cho việc kỹ thuật di truyền hiệu quả cao về các giống củ cải có hàm lượng Cd thấp trong các chương trình nhân giống.