植物所揭示伴礦景天超富集重金屬鎘的高抗性分子機制

　　鎘是一類非必需重金屬元素，對大多數生物包括動植物和人類都有很強的毒害作用。但自然界中卻有極少數植物能在莖葉中富集大量的鎘，而沒有出現鎘毒害癥狀，被稱之為鎘超富集植物。伴礦景天（Sedum plumbizincicola）是在我國南方礦區發現的一種鎘/鋅超富集植物。因其對重金屬鎘和鋅具有超強的抗性和富集能力，是目前鎘污染土壤修復試驗的一種主要的修復植物。然而，由于對這類植物缺乏直接有效的基因功能研究手段，目前人們對其超富集鎘的高抗性分子機制并不清楚。

　　中國科學院植物研究所王亮生研究組科研人員從伴礦景天中克隆到一個重金屬轉運蛋白基因SpHMA3，并通過首次建立這類鎘超富集植物和非超富集生態型東南景天（Sedum alfredii）的穩定遺傳轉化系統，在景天植物中實現SpHMA3基因沉默和過表達。研究發現，SpHMA3蛋白定位于液泡膜上，對鎘離子具有特異轉運能力；SpHMA3基因在伴礦景天的地上部高豐度表達；通過RNAi沉默使該基因表達下降，在鎘處理條件下地上部新生組織的生長受到嚴重抑制，但并不影響鎘在地上部積累。這些結果表明，SpHMA3是伴礦景天進行鎘解毒的關鍵基因，對植株在含鎘土壤環境中維持幼葉正常生長發育發揮重要的作用。

　　該項研究首次直接揭示了鎘超富集植物對鎘高抗性的分子機制，為植物超富集重金屬鎘/鋅的基因功能驗證及闡明其分子機制建立了新的模式系統。

　　該成果于6月2日在線發表于國際學術期刊《新植物學家》（New Phytologist），關于景天植物遺傳轉化的研究方法同期在線發表于國際學術期刊《植物科學前沿》（Frontiers in Plant Science）。碩士畢業生劉桓為這2篇論文的第一作者，副研究員徐文忠為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金等項目的資助。

（a）伴礦景天野生型和SpHMA3-RNAi轉基因株系中SpHMA3基因表達情況；（b）伴礦景天野生型（WT）和SpHMA3-RNAi轉基因株系（L1/L3/L4）鎘處理條件下的表型觀察（左圖為50 μM Cd after 4 wk；右圖為1450 ppm Cd after 4 months）；（c）非超富集生態型東南景天野生型（WT）及其過表達SpHMA3株系（L1/L2）鎘處理條件下的表型觀察；（d）伴礦景天、東南景天野生型及其過表達SpHMA3株系（L1/L2）根、莖、成熟葉、幼葉中鎘含量積累分析。