科学家发现控制植物砷含量的关键基因

近年来，中国重金属污染问题日益突出，耕地和灌溉用水的污染导致砷等重金属通过食物链进入人体，严重威胁中国的食品安全和公众健康。阐明植物控制砷积累的分子遗传机制，进而限制砷向植物以及食物链的迁移是解决这一问题的根本出路。

2014年12月3日，国际学术期刊plos biology 在线刊发了由中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所植物分子遗传国家重点实验室晁代印研究组与英国阿伯丁大学及南京农业大学等研究团队合作完成的关于植物砷积累调控关键基因hac1的研究成果，为进一步解决砷污染问题奠定了更坚实的基础。该期刊在刊发该论文的同时还发表了一篇评论性文章synopses，对该项研究进行进一步的介绍和评价。

该项研究通过离子组的研究发现模式植物拟南芥叶片砷含量存在着巨大的自然变异，进而利用全基因组关联分析以及图位克隆鉴定了控制这一变异的重要功能基因hac1（high arsenic content）。该研究发现hac1可有效阻止植物体内砷的积累，而其突变则导致植物体内积累高达数百倍的砷。进一步的研究显示，该基因编码了一个全新的砷酸盐还原酶，并主要分布在根的外皮层及根毛细胞中。结合分子生物学、分析化学以及植物生理学等手段，该研究在前人的研究基础上进一步阐明了植物控制砷迁移积累的分子机制：砷酸盐在化学性质上与磷酸盐非常相似，因而植物很难区分两者，从而在吸收矿质营养磷酸盐的同时也将砷酸盐摄入体内。为了限制砷向地上部迁移而危害植物的生长代谢，在植物根部的外表皮和根毛中高度表达hac1蛋白特异性地识别砷酸盐并将其催化形成与磷酸盐化学性质迥异的亚砷酸盐，而后者则通过一种未知外流蛋白的运输排出植物体外。该基因的发现在促进我们理解植物耐砷分子机制的同时，也为将来培育低砷甚至无砷农作物提供重要的操作靶标，具有重大的应用潜力。

该研究得到了中科院上海生科院启动经费以及中组部“青年千人计划”的资助。