硒是动物健康的必需矿物元素和植物的有益元素,对人和动物健康有多方面的重要影响,过量的硒对动物和植物都是有毒的。碘化甲状腺氨酸脱碘酶、硫氧还蛋白还原酶、谷胱甘肽过氧化物酶和硒蛋白家族蛋白参与维持氧化还原动态平衡、抗氧化作用、正常甲状腺激素代谢、预防神经退行性病变和癌症、优化免疫反应、细胞增殖与生存等重要生理过程。硒和硫有相似的化学性质,硒可能利用硫的吸收代谢过程在细胞内完成代谢过程。高浓度硒对一般植物是有毒的,但超聚硒植物能够耐受高浓度的硒,故人类仍是通过食用超聚硒植物富集的有机硒补硒。开发超聚植物及研究其硒富集耐受机制,成为硒研究热点。壶瓶碎米荠是在湖南壶瓶山和恩施渔塘坝发现的碎米荠属超聚植物。由于是一种新发现的植物,对其定名存在争议,其遗传背景研究不够深入,产品研究开发理论基础严重缺乏,产品粗放。基于以上问题,对其进行分子系统发育、硒耐能力、硒积累动态及硒处理条件下普通生理变化的研究,为了解部分遗传信息,进行转录测序,并研究了硒处理条件下的转录组和蛋白组的变化,得到如下结果:1、利用来自武陵山区分属于3个种的11个植物样本的ITS序列进行分子系统发育分析,发现恩施市新塘乡双河渔塘坝、恩施市新塘乡双河炼铁湾、长阳县崩尖子自然保护区吊水崖、五峰县五峰镇栗子坪村黄家河、湖南省石门县壶瓶山国家级自然保护区大洞坪村、宣恩县椿木营乡挖断山村竹山、宣恩县椿木营乡杉坨村唐家坪和宣恩县椿木营乡挖断山村曾家样品聚为一支,可以证明它们是一个种——壶瓶碎米荠(Cardamine hupingshanens K.M.Liu,L.B.Chen,H.F.Bai&L.H.Liu)。2、壶瓶碎米荠幼苗最大耐硒处理浓度为80,0OOμg.L-1,壶瓶碎米荠硒积累量在8-24小时内迅速增加,24小时后虽然有硒含量增加但增加速度减慢了,处理96小时并未达到中毒程度。不同硒浓度处理1周后,可溶性蛋白、多糖、总游离氨基酸均在60,000μg.L-1硒处理时达到最大,当硒处理超过80,0OOμg.L-1均出现急剧下降。硒的形态主要以硒代胱氨酸(SeCys2)形态存在,在80,000μg.L-1处理时随时间的延长明显增加。3、壶瓶碎米荠叶和根分别得到5.2Gb和4.8Gb转录组数据,叶和根中拼接得到48,989条和78,471条基因,平均GC含量为41.18%。获得NCBI数据库入口 SRA号:SRP097726。iTRAQ定量技术在根和叶中分别鉴定出26273和23357条肽段,其中含硒肽段59条和81条,并找到5条含硒肽段在根和叶中都表达。转录组和蛋白组关联性分析发现其中4个共表达上调基因和1个共表达下调基因,5个表达相反的基因,并发现10个代谢途径对硒共同响应。4、基因和蛋白差异表达分析发现硒可以硒代、硒化和亚硒化形式存在于壶瓶碎米荠的生物分子中,RT-qPCR对相关基因定量分析与RNA Seq测序结果都证实了这个结果。硒处理条件下SUL1A基因表达显著上调说明了硒化作用是植物硒耐受的一个重要机制;Aat和PLR1的表达显著上调硒代半胱氨酸及其衍生物的转氨作用是硒耐受的重要方式;E2、E3、VHA-a2、CTP、CPI等基因表达上调,说明错误折叠和畸形硒蛋白质可通过泛素蛋白酶体和溶酶体蛋白降解途径降解在硒耐受中起重要作用,半胱氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶抑制因子共同上调,可能协调保障了硒蛋白的稳定;GST12、GST-u4分别在根中的表达上调,同时ABCC1和ABCC2表达上调,说明液泡贮藏功能在硒耐受机制中也发挥了重要作用。