砷是一級(jí)致癌性(類)重金屬。當(dāng)前，隨著工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的擴(kuò)張，砷等重金屬大量流入農(nóng)田。土壤中的砷經(jīng)由植物進(jìn)入食物鏈，最終被端上餐桌，人類攝取后可能導(dǎo)致皮膚癌、肺癌以及其它臟器重大疾病。如何從植物這個(gè)重要媒介入手解決糧食砷污染問(wèn)題，成為科學(xué)家們研究的焦點(diǎn)。

晁代印研究組及其合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了植物中砷積累調(diào)控的關(guān)鍵基因——HAC1，使將來(lái)培育低砷甚至無(wú)砷農(nóng)作物成為可能。

研究發(fā)現(xiàn)，模式植物擬南芥葉片砷含量存在著巨大的自然變異。研究人員進(jìn)而利用全基因組關(guān)聯(lián)分析以及圖位克隆鑒定了控制這一變異的重要功能基因HAC1。實(shí)驗(yàn)表明，HAC1可有效阻止植物體內(nèi)砷的積累，而其突變則導(dǎo)致植物體內(nèi)積累高達(dá)數(shù)百倍的砷。

自然界中砷的化合物，多以砷酸鹽的形態(tài)存在于土壤中。而砷酸鹽在化學(xué)性質(zhì)上與植物生長(zhǎng)過(guò)程中需要大量吸收的磷酸鹽非常相似，植物負(fù)責(zé)吸收磷酸鹽的運(yùn)輸?shù)鞍缀茈y區(qū)別兩者，因而經(jīng)常“失誤”錯(cuò)將土壤中的砷酸鹽一并帶入體內(nèi)。這些借機(jī)闖入植物根部的砷一旦向葉、莖以及果實(shí)等部分遷移，就會(huì)危害植物的生長(zhǎng)代謝。為此，植物進(jìn)化出一個(gè)全新的砷酸鹽還原酶HAC1，“駐守”在根的外皮層及根毛細(xì)胞中，專職“逮捕”“混入”的砷酸鹽，將其催化，使其改頭換面變成亞砷酸鹽。亞砷酸鹽與磷酸鹽化學(xué)性質(zhì)迥異，植物可以輕松地識(shí)別，所以可以利用其它運(yùn)輸?shù)鞍讓⑸?ldquo;遣回原籍”——流放到體外，或者“送進(jìn)監(jiān)獄”——束縛在根部液泡中，從而限制了砷向地上重要器官的遷移。

該研究揭示了一個(gè)全新的植物砷解毒分子機(jī)制，對(duì)于限制砷向植物以及食物鏈的遷移、降低農(nóng)作物的砷含量和利用植物進(jìn)行砷污染土壤的修復(fù)都具有重大的應(yīng)用價(jià)值，有望解決糧食砷污染問(wèn)題。

《PLoS Biology》對(duì)此研究成果進(jìn)行了專題介紹，并稱“HAC1的發(fā)現(xiàn)，為研究如何在砷污染高危地區(qū)培育可安全食用的農(nóng)作物邁出至關(guān)重要的第一步。該工作蘊(yùn)藏巨大潛力，有助于改善人體健康”。

此項(xiàng)研究得到了中科院上海生科院?jiǎn)?dòng)經(jīng)費(fèi)以及中組部“青年千人計(jì)劃”的資助。