控制植物砷含量关键基因“现身”

耕地和灌溉用水污染，导致砷等重金属通过食物链进入人体，严重威胁我国的食品安全和公众健康。如何阻止流向餐桌的砷？中科院上海生科院植生生态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、南京农业大学等单位合作，在植物身上找到了突破口。相关成果今天在线发表于《科学公共图书馆·生物学》杂志。

随着工农业现代化的扩张，砷等重金属大量流入农田。土壤中的砷经由植物进入食物链，最终走上餐桌。人类摄取后，可能患上皮肤癌、肺癌等重大疾病。如何从植物这个重要媒介入手解决粮食砷污染问题，成为研究的焦点。

科学家发现，模式植物拟南芥叶片砷含量存在巨大的自然变异。研究人员进而鉴定出控制这一变异的重要功能基因——HAC1。实验表明，HAC1可有效阻止植物体内砷的积累，而其突变可导致植物体内积累高达数百倍的砷。

据了解，自然界中砷的化合物多以砷酸盐的形态存在于土壤中，而砷酸盐在化学性质上与植物生长过程中需要大量吸收的磷酸盐非常相似。植物负责吸收磷酸盐的运输蛋白很难区别两者，因而经常“失误”地错将土壤中的砷酸盐一并带入体内。这些借机闯入植物根部的砷一旦向叶、茎及果实等部位迁移，就会危害植物的生长代谢。为此，植物进化出一个全新的砷酸盐还原酶HAC1，“驻守”在根的外皮层及根毛细胞中，专职“逮捕”“混入”的砷酸盐，并将其催化，使其“改头换面”变成亚砷酸盐。亚砷酸盐与磷酸盐化学性质迥异，植物可轻松识别，因此可利用其他运输蛋白将砷“遣回原籍”——流放到体外，或“送进监狱”——束缚在根部液泡中，从而限制砷向地上重要器官迁移。

此次研究成果揭示了一个全新的植物砷解毒分子机制，对于限制砷向植物以及食物链迁移、降低农作物砷含量和利用植物进行砷污染土壤的修复都具有重大的应用价值，有望解决粮食砷污染问题。
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