砷是一级致癌性(类)重金属。随着工农业现代化的扩张,越来越多的砷等重金属流入农田和灌溉用水,土壤和水中的砷再经由植物进入食物链,污染到粮食,最终被端上餐桌。
研究发现,分布在世界各地的植物拟南芥自然品系,叶片中的砷含量有高有低,存在着巨大的变异。是什么掌握着这些变数?晁代印研究组及其合作团队进而利用全基因组关联分析以及图位克隆鉴定技术,找到了控制这一变异的功能基因HAC1。正常的HAC1可有效阻止植物体内砷的积累,而其突变则导致植物体内积累高达数百倍的砷。
原来,砷含量“操盘手”HAC1不仅有一双认出砷的“火眼金睛”,还有一身将砷“打回原形”的真功夫。自然界中砷的化合物,多以砷酸盐的形态存在。而砷酸盐在化学性质上,与植物生长过程中需要大量吸收的磷酸盐非常相似,植物负责吸收磷酸盐的运输蛋白经常错将土壤中的砷酸盐一并带入体内,砷从根部进而迁移至叶、茎以及果实等部分,就会危害植物的生长代谢。为了对付狡猾的砷,植物进化出砷酸盐还原酶HAC1,“驻守”在根的外皮层及根毛细胞中,专事“逮捕”混入的砷酸盐,通过催化将其改头换面为亚砷酸盐。亚砷酸盐与磷酸盐化学性质迥异,植物可轻松识别出砷,然后立马对其发落处置。
《PLoS Biology》对该项研究成果的评价是:“HAC1的发现,为研究如何在砷污染高危地区培育可安全食用的农作物迈出至关重要的第一步。该工作蕴藏巨大潜力,有助于改善人体健康。”