镉（Cd）污染和硼（B）匮乏是我国南方农田面临的严峻土壤环境问题，威胁着农作物的产量和质量。针对这些问题，我院黄樱樱博士等人通过转录组测序和生理生化实验研究了B调控水稻吸收转运Cd的生理生化与分子机制。
他们研究发现，Cd胁迫下，施加B分别使水稻茎叶和根的生物量提高了26%和33%，并且使Cd含量分别下降了64%和25%；但是，将根细胞壁固定Cd的能力提高了43%，阻止了Cd向胞内转运。进一步发现，B促进了根细胞壁木质素和果胶的合成，降低了果胶的甲酯化程度（图1），增加了谷胱甘肽的形成（图2），下调了部分Cd转运蛋白相关基因（如HMA2和Nramp1）的表达。
图1 水稻根系细胞壁生物合成代谢途径通路热图分析
图2 水稻根系硫和谷胱甘肽代谢通路热图分析
这些结果表明，B主要通过以下两个途径调控水稻吸收转运镉：（1）B通过促进木质素和果胶的生物合成以及果胶的去甲基化，提高根细胞壁固定Cd的能力，减少Cd向细胞质转运。（2）B通过下调多个Cd转运蛋白相关基因的表达，进而抑制Cd的吸收和转运（图3）。
图3 硼调控水稻吸收转运镉的主要途径
近日，该研究成果“Molecular and biochemical mechanisms underlying boron-induced alleviation of cadmium toxicity in rice seedlings”已发表在Ecotoxicology and Environmental Safety学术期刊上。黄樱樱博士为论文第一作者，申创博士和辛俊亮教授为通讯作者。我院环境1802班费歌等同学和付惠玲等教师参与了本研究。该研究得到了湖南省自然科学基金项目、湖南省教育厅优秀青年项目和湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0147651321008885