近日，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所土壤植物互作團隊揭示了 CrPHT3 基因介導磷積累過程可以顯著影響萊茵衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）的砷耐受性，該項工作為線粒體磷轉運蛋白介導砷在植物代謝中的調控作用提供了新的視角和深入理解，研究成果為保護水生環境，減輕植物砷毒性，開發植物修復新技術提供了重要的科學參考。相關研究成果以“Phosphorous accumulation associated with mitochondrial PHT3 -mediated enhanced arsenate tolerance in Chlamydomonas reinhardtii ”為題發表在《有毒材料（Journal of Hazardous Materials）》上。
砷，在自然界中分布廣泛，且容易通過自然遷移轉化過程和人類活動進入到環境中，對生物乃至人類產生毒害影響。基于對綠色環境友好型修復政策的響應，自然水體環境更傾向于植物和生態修復等。藻類作為一種典型浮游水生植物在自然界中可參與砷元素的生物地球化學循環，具備改善砷污染水體水質的天然優勢。因此，藻類是滿足高效、低成本植物修復的優良材料，可以在砷污染水修復方面發揮重要的調控作用。
研究人員以萊茵衣藻及 Crpht3 突變體為研究對象，對線粒體磷轉運蛋白 PHT3 基因介導的砷耐受性進行了深入解析。研究發現在磷酸鹽供應下萊茵衣藻C30野生型和 Crpht3 突變體并沒有表現出表型差異；但在砷脅迫下，充足的磷酸鹽供應顯著增加了 Crpht3 突變體對多聚磷酸鹽和細胞間磷酸鹽的吸收，從而提高了 Crpht3 突變體在500 μmol L-1 五價As脅迫下的耐受性。在砷酸鹽脅迫下， Crpht3 突變體顯著上調了 PHT3 基因，更多的磷酸鹽在細胞質中富集，進而觸發了不同基因的表達調控，從而影響了谷胱甘肽氧化還原過程、抗氧化活性和細胞解毒能力等。然而，萊茵衣藻C30野生型由于磷酸鹽積累較少，表現出較弱的砷酸鹽耐受性，說明 CrPHT3 基因影響了磷酸鹽的積累模式，進而增強了藻類砷酸鹽的耐受性。該成果為科學利用特異性基因修飾植物進行低成本、環境友好的重金屬污染修復策略提供了新的解決途徑和思路。
中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所陶樂圓博士和揚州大學王龍副教授為論文共同第一作者，張倩茹研究員和程憲國研究員為共同通訊作者。研究得到了北方干旱半干旱耕地高效利用全國重點實驗室、國家重點研發計劃項目和中國農業科學院科技創新工程重大任務等項目的共同資助。
【引文方式】：
Tao, L.Y., Wang, L., Liu, L.H., Cheng X.G.*, Zhang Q.R.* 2024. Phosphorous accumulation associated with mitochondrial PHT3-mediated enhanced arsenate tolerance in Chlamydomonas reinhardtii . Journal of Hazardous Materials. 478: 135460
【原文鏈接】：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135460
日期：2024-09-18
砷，在自然界中分布廣泛，且容易通過自然遷移轉化過程和人類活動進入到環境中，對生物乃至人類產生毒害影響。基于對綠色環境友好型修復政策的響應，自然水體環境更傾向于植物和生態修復等。藻類作為一種典型浮游水生植物在自然界中可參與砷元素的生物地球化學循環，具備改善砷污染水體水質的天然優勢。因此，藻類是滿足高效、低成本植物修復的優良材料，可以在砷污染水修復方面發揮重要的調控作用。
研究人員以萊茵衣藻及 Crpht3 突變體為研究對象，對線粒體磷轉運蛋白 PHT3 基因介導的砷耐受性進行了深入解析。研究發現在磷酸鹽供應下萊茵衣藻C30野生型和 Crpht3 突變體并沒有表現出表型差異；但在砷脅迫下，充足的磷酸鹽供應顯著增加了 Crpht3 突變體對多聚磷酸鹽和細胞間磷酸鹽的吸收，從而提高了 Crpht3 突變體在500 μmol L-1 五價As脅迫下的耐受性。在砷酸鹽脅迫下， Crpht3 突變體顯著上調了 PHT3 基因，更多的磷酸鹽在細胞質中富集，進而觸發了不同基因的表達調控，從而影響了谷胱甘肽氧化還原過程、抗氧化活性和細胞解毒能力等。然而，萊茵衣藻C30野生型由于磷酸鹽積累較少，表現出較弱的砷酸鹽耐受性，說明 CrPHT3 基因影響了磷酸鹽的積累模式，進而增強了藻類砷酸鹽的耐受性。該成果為科學利用特異性基因修飾植物進行低成本、環境友好的重金屬污染修復策略提供了新的解決途徑和思路。
中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所陶樂圓博士和揚州大學王龍副教授為論文共同第一作者，張倩茹研究員和程憲國研究員為共同通訊作者。研究得到了北方干旱半干旱耕地高效利用全國重點實驗室、國家重點研發計劃項目和中國農業科學院科技創新工程重大任務等項目的共同資助。
【引文方式】：
Tao, L.Y., Wang, L., Liu, L.H., Cheng X.G.*, Zhang Q.R.* 2024. Phosphorous accumulation associated with mitochondrial PHT3-mediated enhanced arsenate tolerance in Chlamydomonas reinhardtii . Journal of Hazardous Materials. 478: 135460
【原文鏈接】：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135460
日期：2024-09-18
