我國土壤砷污染問題突出,嚴重威脅農業生態環境安全。植物修復科技是應對土壤砷污染的解決方案之一,也是實現土壤持續安全利用的綠色環保科技。蜈蚣草是土壤砷污染植物修復研究的模式物種,其對砷超積累的分子機制是近年來環境植物分子生物學的一個重要研究領域。高效的砷長距離轉運效率是蜈蚣草超積累砷的重要特徵,其中木質部裝載是蜈蚣草高效砷轉運的關鍵環節,但該過程的分子機制尚不清楚。
中科院植物所何振豔研究團隊基於蜈蚣草全長cDNA酵母表達文庫和配子體RNAi沉默體系,鑒定到一個具有三價砷外排功能的轉運蛋白PvAsE1。PvAsE1是首個被發現具有三價砷外排功能的SLC13-like蛋白。PvAsE1基因的沉默可降低蜈蚣草孢子體地上部分和木質汁液中三價砷的含量,進而導致三價砷的長距離轉運效率顯著下降。進一步研究發現,PvAsE1主要在蜈蚣草根部木質部周圍薄壁細胞的質膜表達,通過介導三價砷的木質部裝載參與砷的長距離轉運過程。PvAsE1約在白堊紀-古近紀邊界時期進化出現,可能是該時期富砷環境壓力的適應性產物。該研究揭示了蜈蚣草高效長距離轉運砷的分子機制,探究了蜈蚣草具有砷超富集特性的演化機制,也為構建砷污染修復工程植物提供了覈心分子元件。
該研究成果於2022年1月11日線上發表於國際學術期刊New Phytologist上。植物所助理研究員閆慧莉為該論文第一作者,副研究員何振豔為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委、國家重點研發項目和中國科學院大學生科技創新計畫的資助。
文章連結:https://doi.org/10.1111/nph.17962
AsIII處理下PvAsE1-RNAi配子體的錶型
PvAsE1的組織表達和亞細胞定位