研究揭示PHT3基因介导的莱茵衣藻 砷耐受性调控机制

近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所土壤植物互作团队揭示了 CrPHT3 基因介导磷积累过程可以显著影响莱茵衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）的砷耐受性，该项工作为线粒体磷转运蛋白介导砷在植物代谢中的调控作用提供了新的视角和深入理解，研究成果为保护水生环境，减轻植物砷毒性，开发植物修复新技术提供了重要的科学参考。相关研究成果以 Phosphorous accumulation associated with mitochondrial PHT3 -mediated enhanced arsenate tolerance in Chlamydomonas reinhardtii 为题发表在《有毒材料（Journal of Hazardous Materials）》上。

砷，在自然界中分布广泛，且容易通过自然迁移转化过程和人类活动进入到环境中，对生物乃至人类产生毒害影响。基于对绿色环境友好型修复政策的响应，自然水体环境更倾向于植物和生态修复等。藻类作为一种典型浮游水生植物在自然界中可参与砷元素的生物地球化学循环，具备改善砷污染水体水质的天然优势。因此，藻类是满足高效、低成本植物修复的优良材料，可以在砷污染水修复方面发挥重要的调控作用。

研究人员以莱茵衣藻及 Crpht3 突变体为研究对象，对线粒体磷转运蛋白 PHT3 基因介导的砷耐受性进行了深入解析。研究发现在磷酸盐供应下莱茵衣藻C30野生型和 Crpht3 突变体并没有表现出表型差异；但在砷胁迫下，充足的磷酸盐供应显著增加了 Crpht3 突变体对多聚磷酸盐和细胞间磷酸盐的吸收，从而提高了 Crpht3 突变体在500 mol L-1五价As胁迫下的耐受性。在砷酸盐胁迫下， Crpht3 突变体显著上调了 PHT3 基因，更多的磷酸盐在细胞质中富集，进而触发了不同基因的表达调控，从而影响了谷胱甘肽氧化还原过程、抗氧化活性和细胞解毒能力等。然而，莱茵衣藻C30野生型由于磷酸盐积累较少，表现出较弱的砷酸盐耐受性，说明 CrPHT3 基因影响了磷酸盐的积累模式，进而增强了藻类砷酸盐的耐受性。该成果为科学利用特异性基因修饰植物进行低成本、环境友好的重金属污染修复策略提供了新的解决途径和思路。

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所陶乐圆博士和扬州大学王龙副教授为论文共同第一作者，张倩茹研究员和程宪国研究员为共同通讯作者。研究得到了北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室、国家重点研发计划项目和中国农业科学院科技创新工程重大任务等项目的共同资助。

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