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上海生科院合作研究發現控制植物砷含量的關鍵基因

來源: 中國分析儀器網 2014-12-04 點擊19998次

      近年來,我國重金屬污染問題日益突出,耕地和灌溉用水的污染導致砷等重金屬通過食物鏈進入人體,嚴重威脅我國的食品安全和公眾健康。闡明植物控制砷積累的分子遺傳機制,進而限制砷向植物以及食物鏈的遷移是解決這一問題的根本出路。

  12月3日,國際學術期刊PLoS Biology 在線刊發了由中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所植物分子遺傳國家重點實驗室晁代印研究組與英國阿伯丁大學及南京農業大學等研究團隊合作完成的關于植物砷積累調控關鍵基因HAC1的研究成果,為進一步解決砷污染問題奠定了更堅實的基礎。該期刊在刊發該論文的同時還發表了一篇評論性文章Synopses,對該項研究進行進一步的介紹和評價。

  該項研究通過離子組的研究發現模式植物擬南芥葉片砷含量存在著巨大的自然變異,進而利用全基因組關聯分析以及圖位克隆鑒定了控制這一變異的重要功能基因HAC1(High Arsenic Content)。該研究發現HAC1可有效阻止植物體內砷的積累,而其突變則導致植物體內積累高達數百倍的砷。進一步的研究顯示,該基因編碼了一個全新的砷酸鹽還原酶,并主要分布在根的外皮層及根毛細胞中。結合分子生物學、分析化學以及植物生理學等手段,該研究在前人的研究基礎上進一步闡明了植物控制砷遷移積累的分子機制:砷酸鹽在化學性質上與磷酸鹽非常相似,因而植物很難區分兩者,從而在吸收礦質營養磷酸鹽的同時也將砷酸鹽攝入體內。為了限制砷向地上部遷移而危害植物的生長代謝,在植物根部的外表皮和根毛中高度表達HAC1蛋白特異性地識別砷酸鹽并將其催化形成與磷酸鹽化學性質迥異的亞砷酸鹽,而后者則通過一種未知外流蛋白的運輸排出植物體外。該基因的發現在促進我們理解植物耐砷分子機制的同時,也為將來培育低砷甚至無砷農作物提供重要的操作靶標,具有重大的應用潛力。

  該研究得到了中科院上海生科院啟動經費以及中組部“青年千人計劃”的資助。

(來源:中國科學院)
 
 

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