拟南芥砷含量自然变异的遗传基础研究

【作者】 晁代印； John M.Danku； Yi Chen； 陈秭如； 陈久耿； 史书林； 赵方杰； David E Salt；

【Author】 John M.Danku;Yi Chen;David E Salt;Institute of Biological and Environmental Sciences,University of Aberdeen,Cruickshank Building;Rothamsted Research;

【机构】 中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所,植物分子遗传国家重点实验室； Institute of Biological and Environmental Sciences,University of Aberdeen,Cruickshank Building； Rothamsted Research； 中国科学院大学； 南京农业大学资源与环境科学学院作物遗传与种质创新国家重点实验室；

【摘要】 无机砷是无临界一级致癌物,它通过植物的吸收进入食物链而威胁着人类的健康。单细胞生物,如细和酵母,可以通过砷酸盐还原酶将砷酸盐还原为亚砷酸盐而将无机砷排出细胞外。植物也可以将砷酸盐还原为亚砷酸盐并通过根部排出体外,然而负责这一过程的还原酶存在着很大争议。我们利用全基因组关联分析以及图位克隆鉴定了拟南芥中控制叶片高砷自然变异的基因HAC1(High Arsenic Content)。研究发现,外界无机砷为砷酸盐的情况下HAC1的突变没有改变拟南芥砷酸盐的摄入,但导致根部砷的外排降低92%,进而使得叶片中砷的积累则最高升高了300多倍。但当外界无机砷为亚砷酸盐的情况下,则HAC1的突变对拟南芥砷积累没有显著的影响。进一步的研究显示HAC1主要在根部的外皮层细胞及根毛中表达,极大地影响了拟南芥体根部无机砷氧化还原状态的水平,决定性地参与了砷从植物根中的外排。我们通过细菌突变体互补、生化实验以及序列分析等研究显示HAC1编码了一个不同于细菌中ArsC以及酵母中ACR2的全新的第三类砷酸盐还原酶。该研究不仅揭示了植物中一个全新的砷解毒分子机制,同时对于植物修复基因工程以及发展低砷作物具有非常重要的应用意义。更多还原