塑料因其良好的特性，如弹性、便携性、可塑性、耐久性和低成本等，在生活和生产的各个领域得到了广泛的发展和应用。随着人们对塑料的需求增加，塑料污染越来越受到环保人士的关注。特别是微/纳米塑料，已成为全球关注的新兴污染物，因其粒径小、能穿透细胞膜甚至生物屏障而受到学者们的广泛关注。目前，微/纳米塑料的生态毒性研究主要集中在海洋水生生物和淡水藻类，而对高等陆生植物特别是森林植物生态影响的研究相对较少。
2022年5月，浙江农林大学吴家胜老师团队在Journal of Hazardous Materials（IF 10.588）上发表了题为“Multi-omics analysis reveals the molecular responses of Torreya grandis shoots to nanoplastic pollutant”的文章。该文使用植物代谢组、蛋白组、转录组、microRNA测序等技术系统地研究了聚苯乙烯纳米塑料(PSNPs)对香榧（中国特有经济树种）幼苗的潜在毒性机制，为纳米塑料对森林植物生长的影响提供了新的见解。中科新生命参与了该研究中植物代谢组的相关工作。
研究材料
技术路线
· 步骤2：PSNPs处理对香榧幼苗microRNAomic的影响；
· 步骤3：PSNPs处理对香榧幼苗蛋白组的影响；
· 步骤4：PSNPs处理对香榧幼苗代谢组的影响；
· 步骤5：PSNPs处理对萜类、苯丙素和类黄酮生物合成的影响。
研究结果
为了评估PSNPs胁迫对香榧幼苗的影响，作者首先用聚苯乙烯（粒径：~100 nm，约 10 毫克/株）溶液处理幼苗，处理7天、14天、21天、28天后，分别测定抗氧化活性等生理生化指标。结果发现不同指标随着处理时间的延长而呈现不同的变化，比如硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）含量在处理14天后达到最高值，而H2O2含量在处理7天后达到最高点。过氧化氢酶 (CAT)、过氧化物酶 (POD)的活性随着处理的时间进程而增加，而超氧化物歧化酶(SOD)的活性在不同时间点呈现动态变化（图1）。接着作者收集处理 7天后的幼苗样本分别做 microRNA、转录组、蛋白质组和代谢组分析。
图1 PSNPs对香榧幼苗生理生化指标的影响
2. PSNPs处理对香榧幼苗microRNAomic的影响
作者对处理组和对照组的香榧幼苗进行了microRNAomes测定，过滤后得到80,282,135条clean reads，共鉴定出42个差异表达的miRNAs, 并进一步研究了差异表达的 miRNA 预测靶基因的 KEGG 富集分析，发现最显著富集的KEGG通路是RNA聚合酶、α -亚麻酸代谢、色氨酸代谢等（图2），同时也测定了相应的转录组。
图2 PSNPs处理对香榧幼苗microRNAomic的影响
3. PSNPs处理对香榧幼苗蛋白组的影响
作者接着对处理组和对照组的香榧幼苗进行了标记蛋白组的研究，共定性到6528个蛋白质，其中定量到5360个蛋白质，通过统计分析筛选出610个差异表达蛋白(DEPs)，并进一步做了亚细胞定位、KOG、KEGG和GO分析。结果发现DEPs主要定位在叶绿体、细胞质、细胞核等6个位置，KEGG分析主要富集在“苯丙烷生物合成”、“丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢”等通路上。GO分析发现许多DEPs与转运体活性和离子跨膜转运有关，因此作者检测了纳米塑料处理后元素含量的差异。结果表明，纳米塑料处理7天后，铁(Fe)、硫(S)和锌(Zn)的浓度降低，钾(K)和镁(Mg)的浓度增加（图3，图4）。
图3 PSNPs处理对香榧幼苗蛋白组的影响
图4 差异蛋白KEGG和GO分析
4. PSNPs处理对香榧幼苗代谢组的影响
作者使用植物代谢组学的方法研究了PSNPs处理对香榧幼苗代谢组的影响，共鉴定出 1873 种代谢物，并通过统计分析筛选出282个与PSNPs处理相关的差异代谢物 (DAMs)，这些差异代谢物可分为 11个类别（图5）。
图4 差异蛋白KEGG和GO分析
4. PSNPs处理对香榧幼苗代谢组的影响
作者使用植物代谢组学的方法研究了PSNPs处理对香榧幼苗代谢组的影响，共鉴定出 1873 种代谢物，并通过统计分析筛选出282个与PSNPs处理相关的差异代谢物 (DAMs)，这些差异代谢物可分为 11个类别（图5）。
图6 萜类骨架生物合成途径可视化展示
图7 苯丙素和类黄酮生物合成途径可视化展示
小结
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