赵方杰教授团队联合研究发现控制植物砷积累的关键基因
12月2日，国际学术期刊《PLoS Biology》（影响因子11.7）在线刊发了由中科院上海生科院、南农国家重点实验室赵方杰教授团队与英国阿伯丁大学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。赵方杰团队在该项研究中对HAC1基因的功能进行了详细的鉴定。
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上百倍的砷。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，该研究阐明了HAC1控制植物砷积累的分子机制：由于砷酸盐的化学性质与植物必需的磷酸盐非常相似，植物很难区分二者，从而在吸收磷酸盐的同时也将砷酸盐摄入体内。为了限制砷向地上部转运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的HAC1蛋白将砷酸盐还原成与磷酸盐化学性质迥异的亚砷酸，再通过外溢转运蛋白将亚砷酸排出植物体外。该基因的发现在促进我们理解植物耐砷分子机制的同时，也为将来培育砷低积累的农作物提供重要的操作靶标，具有重大的应用潜力。
据了解，重金属污染已成为威胁环境和人类健康日益突出的问题。根据环保部公报的调查结果，我国19%耕地土壤受污染，砷是最重要的污染物之一。砷可以通过植物吸收进入食物链，从而危害农产品品质安全和人体健康。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。
链接：http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1002009
