暨南大學(xué)莫測(cè)輝團(tuán)隊(duì)向壘教授在EST發(fā)表研究成果｜解毒外排載體基因在生菜吸收積累PFOS過程中的調(diào)控機(jī)制
暨南大學(xué)阿融媒體中心訊 近日，暨南大學(xué)莫測(cè)輝教授團(tuán)隊(duì)向壘教授等開展的研究在生態(tài)環(huán)境國(guó)際權(quán)威期刊Environmental Science&Technology上發(fā)表。該研究發(fā)現(xiàn)定位于植物木質(zhì)部薄壁細(xì)胞的關(guān)鍵解毒外排載體基因（LsDTX18和LsDTX42）可調(diào)控根頸中全氟辛磺酸（PFOS）從木質(zhì)部向韌皮部運(yùn)輸，促進(jìn)PFOS外排，從而揭示了解毒外排載體基因降低作物可食部積累PFOS的新機(jī)制，為培育全氟化合物低積累作物品種提供了新見解。
全氟酸類化合物（PFAAs）在農(nóng)田土壤中普遍檢出，易被農(nóng)作物吸收積累，嚴(yán)重威脅農(nóng)產(chǎn)品安全和人體健康。篩選和種植污染物低積累作物品種是有效利用污染土壤生產(chǎn)安全農(nóng)產(chǎn)品的重要策略。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主要篩選研究重金屬低積累作物品種其形成機(jī)制。但關(guān)于新污染物低積累作物品種形成機(jī)制的研究尚鮮見報(bào)道。
為此，該研究以篩選獲得的PFOS低累積生菜品種（LAV）為研究對(duì)象，以PFOS高累積生菜品種（HAV）為對(duì)照，從根系解剖結(jié)構(gòu)特征、PFOS在共質(zhì)體和質(zhì)外體的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)特性、蒸騰作用以及關(guān)鍵解毒外排體基因（LsDTX18和LsDTX42）等方面，系統(tǒng)探討了生菜不同品種吸收積累PFOS的差異及作用機(jī)制，并基于此提出了培育PFOS低積累作物品種的新策略。
研究發(fā)現(xiàn)，與 HAV 相比，LAV的根系形態(tài)特征（包括總根長(zhǎng)和根表面積小，根尖數(shù)少，通氣組織多）、木質(zhì)部轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（面積小、導(dǎo)管少）較弱，共質(zhì)體和質(zhì)外體徑向轉(zhuǎn)移效率和的蒸騰驅(qū)動(dòng)力較低，限制了其對(duì)PFOS的根系吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，是其形成低積累特性的重要生理生化機(jī)制。更為重要的是，本研究還發(fā)現(xiàn)了木質(zhì)部薄壁細(xì)胞對(duì)PFOS的再吸收作用，以及定位于該細(xì)胞質(zhì)膜的兩個(gè)關(guān)鍵基因（LsDTX18和LsDTX42）可調(diào)控根頸中PFOS從木質(zhì)部到韌皮部的運(yùn)輸；它們的過表達(dá)可顯著促進(jìn)PFOS從根木質(zhì)部薄壁細(xì)胞外排，從而阻控PFOS向作物可食部的轉(zhuǎn)運(yùn)積累。分子對(duì)接研究發(fā)現(xiàn)PFOS均能與LsDTX18和LsDTX42的蛋白活性口袋結(jié)合并被釋放?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，該研究提出了作物吸收積累PFOS的新模型機(jī)制：PFOS被作物根表皮細(xì)胞吸收，通過共質(zhì)體和質(zhì)外體途徑徑向運(yùn)輸?shù)侥举|(zhì)部；木質(zhì)部薄壁細(xì)胞可重吸收PFOS，并通過定位于細(xì)胞質(zhì)膜的LsDTX18和LsDTX42基因調(diào)控PFOS外排，以減少木質(zhì)部PFOS負(fù)荷，阻控PFOS向作物地上部轉(zhuǎn)運(yùn)；少部分PFOS隨蒸騰作用轉(zhuǎn)運(yùn)到作物地上部，主要富集在蒸騰作用更強(qiáng)的幼嫩葉片中。值得注意的是，減毒外排載體基因（LsDTXs）在不同植物中具有高度保守性，因此該研究發(fā)現(xiàn)表明，可通過調(diào)控LsDTXs基因降低作物對(duì)PFOS的轉(zhuǎn)運(yùn)積累，為培育全氟化合物低積累作物品種提供了新見解和新策略。
暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院于朋飛博士后為該論文的第一作者，向壘教授和莫測(cè)輝教授為共同通訊作者。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（42030713）等課題資助。
圖1.生菜低積累品種（LAV）和高積累品種（HAV）的根解剖學(xué)特征：A、B 和 C分別代表對(duì)照、0.2和 1.0 mg/L PFOS暴露條件下LAV 的根結(jié)構(gòu)；D、E 和 F 分別為對(duì)應(yīng)濃度PFOS暴露條件下HAV 的根結(jié)構(gòu)。
圖2.分根實(shí)驗(yàn)中兩種生菜的側(cè)根和根頸中PFOS的濃度。T0、T1和T2分別表示表對(duì)照、0.2和 1.0 mg/L PFOS暴露條件。
圖3.過表達(dá)LsDTX18和LsDTX42對(duì)擬南芥吸收積累PFOS的影響。OX1和OX2分別為L(zhǎng)sDTX18和LsDTX42的擬南芥轉(zhuǎn)基因株系，WT為擬南芥野生型株系。TF為PFOS轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。
圖 4.PFOS與LsDTX18和LsDTX42蛋白活性口袋的法分子對(duì)接?；疑砻姹硎綥sDTXs的潛在活性口袋。黃色和綠色虛線分別表示PFOS與結(jié)合殘基之間的氫鍵和鹵鍵。
圖 5.生菜高積累品種（HAV）、低積累品種（LAV）吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、分布PFOS的模型圖。紅色圓點(diǎn)代表 PFOS。
責(zé)編：常凱麗