植物耐重金属镉胁迫分子机制研究获进展

来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的研究人员发表了题为“Co-overexpression FIT with AtbHLH38 or AtbHLH39 in Arabidopsis enhanced cadmium tolerance via increased cadmium sequestration in roots and improved iron homeostasis of shoots”的文章，发现了拟南芥三个关键转录因子参与了植物对Cd胁迫的响应，这将有助于解析植物耐重金属镉胁迫的分子机制，相关成果公布在植物学最古老，最权威的期刊之一《植物生理》期刊上。

领导这一研究的是遗传与发育生物学研究所凌宏清研究员，论文第一作者为凌宏清研究组副研究员吴慧兰博士，这项研究受到国家自然科学基金委、科技部973计划和国际合作项目harvest-plus的资助。

镉(Cd)是生物毒性很强的重金属之一。近年来，由于工业“三废”的排放以及大量化肥的施用，导致土壤Cd污染日益严重。土壤中Cd极易被植物根吸收，转入到地上部和种子中积累。Cd在植物体内的积累不仅影响植物的生长发育，造成产量和品质下降，更为严重的是通过食品进入人体，影响人类健康。因土壤Cd等重金属离子污染通常是一种面源污染，如何降低植物对Cd的吸收以及控制Cd向可食部位的转移是目前国际上研究植物重金属毒害的热点。

在这篇文章中，研究人员发现三个拟南芥bHLH转录因子FIT、AtbHLH38和AtbHLH39参与了植物对Cd胁迫的响应。在高Cd胁迫时，这三个基因的表达上调。而且双过量表达FIT/AtbHLH38和FIT/AtbHLH39，转基因植株表现出比野生型更耐受Cd的胁迫。分子和生理实验证明，双过量表达FIT/AtbHLH38和FIT/AtbHLH39植物提高Cd的耐受性，主要是FIT与AtbHLH38或AtbHLH39的互作，组成性地启动了一些与重金属区隔化的基因（如HMA3，MTP3，IREG2和IRT2）的表达，从而将大量吸收的Cd区隔化在根部，降低了向地上部的转运。

同时，FIT与AtbHLH38或AtbHLH39的互作还组成性地启动了nicotiananmine(NA)合成酶基因（NAS1和NAS2）的表达，在植物体内催化更多NA合成。由于NA是植物体内活化和转运铁的主要螯合物，它的增多可增强Cd胁迫时铁离子向地上部的转运，从而缓解由Cd胁迫引起的植物缺铁并发症。

该研究首次系统研究和报道了植物吸收、转运Fe和Cd离子的互作分子机制，研究结果为培育耐Cd农作物新品种提供了思路。（来源：生物通）