研究揭示超富集植物伴礦景天葉綠體對鎘解毒的分子機制

　　鎘（Cd）是一種具有高毒性的重金屬，對動植物均有極強毒害作用。鎘能夠對葉綠體進行毒害，抑制光合作用進行。伴礦景天（Sedum plumbizincicola）是已知的對鎘超富集能力最強的植物之一，能在地上部組織中積累大量的鎘元素而不呈現毒害癥狀，在土壤重金屬污染治理中具有重要應用價值。但伴礦景天及其他鎘超富集植物如何防止葉綠體內鎘的積累、保護光合反應免受毒害的機制仍然未知。

　　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SpHMA1。研究人員發現，SpHMA1蛋白定位于葉綠體膜上，對鎘元素具有轉運功能；該基因在伴礦景天葉片中呈現高豐度表達，相比于非超積累生態型的東南景天（S. alfredii）的同源基因SaHMA1n，其表達高200倍以上。研究人員利用研究組建立的伴礦景天穩定遺傳轉化系統，構建了基因干擾（SpHMA1-RNAi）和CRISPR/Cas9敲除突變植株，發現SpHMA1基因沉默和突變植株的葉綠體中鎘積累顯著增加，光系統II的活性受鎘脅迫抑制更顯著，表明SpHMA1參與葉綠體對鎘元素的外排解毒，從而防止葉綠體發生鎘積累而保護光合作用的正常進行。

　　該研究團隊前期研究發現，伴礦景天中存在另一個重金屬轉運蛋白SpHMA3，主要負責將鎘轉運到液泡中進行區隔化，實現鎘的胞質解毒。該研究進一步揭示伴礦景天對鎘高抗性的分子機制及其生理功能，對了解重金屬超富集植物高抗性的分子進化和環境適應性具有重要意義。

　　該成果于10月12日在線發表于國際學術期刊Plant, Cell & Environment。植物所碩士畢業生趙海霞為論文第一作者，王亮生研究組副研究員徐文忠為通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃的資助。