近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所土壤植物互作團(tuán)隊揭示了 CrPHT3 基因介導(dǎo)磷積累過程可以顯著影響萊茵衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）的砷耐受性，該項工作為線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)砷在植物代謝中的調(diào)控作用提供了新的視角和深入理解，研究成果為保護(hù)水生環(huán)境，減輕植物砷毒性，開發(fā)植物修復(fù)新技術(shù)提供了重要的科學(xué)參考。相關(guān)研究成果以“Phosphorous accumulation associated with mitochondrial  PHT3 -mediated enhanced arsenate tolerance in  Chlamydomonas reinhardtii ”為題發(fā)表在《有毒材料（Journal of Hazardous Materials）》上。

 

　　砷，在自然界中分布廣泛，且容易通過自然遷移轉(zhuǎn)化過程和人類活動進(jìn)入到環(huán)境中，對生物乃至人類產(chǎn)生毒害影響。基于對綠色環(huán)境友好型修復(fù)政策的響應(yīng)，自然水體環(huán)境更傾向于植物和生態(tài)修復(fù)等。藻類作為一種典型浮游水生植物在自然界中可參與砷元素的生物地球化學(xué)循環(huán)，具備改善砷污染水體水質(zhì)的天然優(yōu)勢。因此，藻類是滿足高效、低成本植物修復(fù)的優(yōu)良材料，可以在砷污染水修復(fù)方面發(fā)揮重要的調(diào)控作用。

 

　　研究人員以萊茵衣藻及 Crpht3 突變體為研究對象，對線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白 PHT3 基因介導(dǎo)的砷耐受性進(jìn)行了深入解析。研究發(fā)現(xiàn)在磷酸鹽供應(yīng)下萊茵衣藻C30野生型和 Crpht3 突變體并沒有表現(xiàn)出表型差異；但在砷脅迫下，充足的磷酸鹽供應(yīng)顯著增加了 Crpht3 突變體對多聚磷酸鹽和細(xì)胞間磷酸鹽的吸收，從而提高了 Crpht3 突變體在500 μmol L-1 五價As脅迫下的耐受性。在砷酸鹽脅迫下， Crpht3 突變體顯著上調(diào)了 PHT3 基因，更多的磷酸鹽在細(xì)胞質(zhì)中富集，進(jìn)而觸發(fā)了不同基因的表達(dá)調(diào)控，從而影響了谷胱甘肽氧化還原過程、抗氧化活性和細(xì)胞解毒能力等。然而，萊茵衣藻C30野生型由于磷酸鹽積累較少，表現(xiàn)出較弱的砷酸鹽耐受性，說明 CrPHT3 基因影響了磷酸鹽的積累模式，進(jìn)而增強(qiáng)了藻類砷酸鹽的耐受性。該成果為科學(xué)利用特異性基因修飾植物進(jìn)行低成本、環(huán)境友好的重金屬污染修復(fù)策略提供了新的解決途徑和思路。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所陶樂圓博士和揚(yáng)州大學(xué)王龍副教授為論文共同第一作者，張倩茹研究員和程憲國研究員為共同通訊作者。研究得到了北方干旱半干旱耕地高效利用全國重點實驗室、國家重點研發(fā)計劃項目和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程重大任務(wù)等項目的共同資助。

 

　　【引文方式】：

 

　　Tao, L.Y., Wang, L., Liu, L.H., Cheng X.G.*, Zhang Q.R.* 2024. Phosphorous accumulation associated with mitochondrial PHT3-mediated enhanced arsenate tolerance in  Chlamydomonas reinhardtii . Journal of Hazardous Materials. 478: 135460

 

　　【原文鏈接】：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135460