合肥工大植物响应重金属信号转导研究获进展

合肥工业大学一项科研成果在全球首次揭示了植物响应重金属镉胁迫信号转导的分子调控机制，为土壤重金属污染植物修复基因工程提供了新的技术途径和基因资源。

该项目是合肥工业大学生物与食品工程学院曹树青教授课题组的研究成果“拟南芥MAN3基因通过谷胱甘肽依赖的途径调控镉耐受”（MAN3generegulatescadmiumtolerancethroughtheglutathione-dependentpathwayinArabidopsisthaliana）。目前，这一原创性成果已在国际植物学顶级学术期刊《新植物学家》（NewPhytologist）在线发表。

“造成土壤重金属污染的原因包括工业排放、化肥农药使用以及地矿开采等，通过物理和化学手段治理土壤重金属污染非常困难，也容易造成二次污染。目前国际上的主流研究方向是筛选鉴定重金属超量积累的植物资源并发掘调控植物重金属超量积累及耐受的关键基因，然后通过遗传工程手段使植物具备对重金属高积累和高耐受性，从而使其可以在污染土壤上快速生长。”该课题组负责人曹树青教授说，“重金属对人体和植物都有害，所以在重金属污染的土壤中植物无法正常生长。但通过植物修复基因工程技术，即使土壤受到重金属污染，植物也可以茂盛生长，同时将土壤内的重金属吸收后储存至液泡中。这样通过种植这种用遗传工程手段获得的具有重金属高积累和高耐受的植物即可吸收土壤重金属，然后对植株进行处理，即可降低土壤中重金属含量”。

据介绍，该项研究利用正向遗传学途径筛选和鉴定了一个拟南芥耐镉突变体xcd1-D，并克隆了其相应的基因MAN3。在镉离子胁迫条件下，MAN3基因被诱导表达，其基因产物可以将植物细胞壁中半纤维素组分甘露聚糖水解释放成小分子甘露糖，而甘露糖可以作为信号分子与特异性的甘露糖结合蛋白结合，从而激活细胞膜上信号导致植物螯合素合成途径上相关基因表达，进而合成植物鏊合素，将镉离子进行螯合并将其运输至液泡中储存，从而增加了植物对镉积累和耐受。该课题组进行的大量实验表明，过量表达MAN3基因的拟南芥植株，在重金属镉污染的土壤中，其仍然保持正常生长状态。

目前，该课题组正在进行针对砷、铅等其他重金属的植物响应重金属信号转导分子调控机制研究，并致力于其产业化研究。

据了解，中国有近20%的耕地存在镉、砷、汞、铅、镍、铜等重金属超标，而土壤中重金属可通过农作物吸收进入食物链，严重影响食品安全并危及人类健康。植物修复基因工程因其环境友好、安全可靠等优点，是目前解决土壤重金属污染的重要途径之一。