壳寡糖调控蔬菜体内两种农药降解代谢作用及机制研究

Pesticide residues threaten human health and living environment, promoting the internal pesticide degradation of plant is effective ways to decrease the hazard. It is important to develop green agriculture of our country .Previous studies showed that one set of detoxification system existed in plant, and the research team of the applicant found that the detoxifying enzyme gene can be upregulated by oligochitosan, also oligochitosan can effectively promote the metabolism of a variety of pesticides in field experiment,then it is expected to be an efficient and environmentally friendly pesticide degradation agent.In view of above,brassica parachinensis as model plant, the variation of detoxification gene transcription, protein expression, enzyme activity and detoxification pathway to two pesticieds, the pyrethroid insecticides bifenthrin and substituted benzene fungicide chlorothalonil , will be investigated after oligochitosan treatment, by using RT-PCR, cDNA microarray ,Western blot and GC-MS/MS techniques.The results will illustrate the mechanisms that oligochitosan promote pesticides degradation, reveal the response mechanisms of plant detoxification system to exogenous substances, and provide a new way to control pesticide residues which based on activation endogenous detoxification system. The work will contribute to food safety,public health and environment safety.

农药残留对人类健康和生存环境造成严重危害，促进农药在植物体内的降解代谢是降低危害的有效途径，对我国绿色农业发展有重要作用。已有研究表明植物体内存在一套具有降解农药功能的解毒体系；申请者所在课题组研究发现受壳寡糖上调的抗性基因中包含作物体内的解毒酶系基因，且壳寡糖在大田试验中显现了显著的农残降解功能，可望成为高效环保的农残降解剂。鉴于此，本项目拟以菜心和联苯菊酯及百菌清为模型植物和模型农药，利用RT-PCR、基因芯片、Western blot、GC-MS/MS及荧光探针等技术手段，系统研究壳寡糖预处理后菜心体内解毒体系基因转录、解毒蛋白表达、解毒酶活性、解毒途径、代谢产物的变化规律及调控途径，阐明壳寡糖促进菜心体内农药降解和代谢的分子机制，揭示植物解毒体系对外源物质的响应机理，为建立基于活化内源解毒体系的农药残留控制提供新途径，对食品安全、公共健康和生态安全作出积极贡献。

摘要：本项目从生物信息学、转录组学、蛋白组学及生化水平对壳寡糖调控蔬菜体内农药降解代谢作用及机制进行了研究。应用生物信息学研究，分析表明８个UGT基因在绝大部分农药处理中均显著转录上调，是重要候选基因。以候选UGT基因及其共表达基因构建共表达网络，发现UGT76B4和UGT76B5是最关键的参与多种农药代谢的UGT基因。大规模的表达谱分析表明， AtCYP71B15是具备广谱农药代谢活性的关键基因。而广谱响应糖类诱导子的CYP450基因中，AtCYP706A2和AtCYP81D8可能具备广谱抗病能力。此外，AtCYP81D8是唯一同时被糖类诱导子与除草剂显著诱导上调的基因。.转录组结果表明壳寡糖处理组共检测到1411个基因显著上调，5584个基因显著下调。壳寡糖处理后，菜心中参与介导农药I相代谢的相关酶部分CYP71家族有6个相关基因表达上调。寡糖处理后检测到了介导农药II相代谢的相关酶多种GSTs和UGTs表达上升，GSTs有四个基因上调，UGTs有5个基因上调。介导农药III相代谢的相关酶部分ATP依赖的转运酶三个基因表达量明显提高表达量明显提高。蛋白组学研究结果表明参与农药I相代谢的三个重要环节关键酶即氧化酶、水解酶和还原酶均在寡糖处理后明显上调，如F15I1.10蛋白、水解酶如T6J19.7、MazG和F2K13.20等、还原酶F10K1.21、FTRA2和RFNR2等，说明寡糖有促进农药在植株体内代谢的功能。参与农药II相代谢的关键酶在寡糖处理后明显上调，其中上调的谷胱甘肽S-转移酶ERD9、谷胱甘肽过氧化物酶GPX7、糖基转移酶UGT72B2、UGT87A1和F4P13.16及其他关键酶DGAT2和F15H21_2等也在寡糖处理后显著上调，借此促进农药在植物体内的分解代谢。参与农药III 相代谢酶，在寡糖处理后很多参与物质转运的蛋白如PDE334、RABA1c和T29J13.3显著上调。另外，一些ATP-依赖性的蛋白水解酶和折叠酶明显增加。壳寡糖能激发植株产生H2O2，显著提高了菜心的POD酶和CAT酶的酶活，对壳寡糖调节植物的农药代谢有积极作用。.研究结果表明，壳寡糖促进植物降解农药残留主要是通过调节参与农药代谢的四项代谢进行，同时激发H2O2产生和提高过氧化物酶等活性，氧化降解部分农药残留。