汪鹏教授课题组揭示植物吸收Cr(VI)的分子机制

铬（Cr）是一种常见的土壤污染物，据全国土壤污染调查公报显示，我国耕地土壤Cr点位超标率约为1.1%。在土壤中，Cr主要以Cr(III)和Cr(VI)的形式存在，其中Cr(VI)的可移动性和植物毒性要显著强于Cr(III)，因而更容易被植物吸收，抑制植物生长。一直以来，Cr(VI)被认为是通过必需元素，尤其是其结构类似物如硫酸盐、磷酸盐的吸收通道进入植物体的，但迄今为止，植物根系吸收Cr(VI)的转运蛋白仍不清楚。

南京农业大学环境生物学团队采用反向遗传学的技术路线对模式植物拟南芥潜在的Cr(VI)吸收转运蛋白进行筛选，发现硫酸盐转运蛋白基因Sultr1;1和Sultr1;2的突变会显著提高拟南芥对Cr(VI)的耐性，而磷酸盐转运蛋白基因Pht1;1和Pht1;4以及钼酸盐转运蛋白基因MOT1的敲除则对拟南芥的Cr(VI)敏感性无显著影响。酵母异源表达结果表明Sultr1;1和Sultr1;2均具有Cr(VI)的转运活性，但后者的转运活性要远高于前者。进一步的Cr(VI)吸收实验发现，敲除Sultr1;1基因仅在Cr(VI)浓度较高时会稍微降低根部对Cr(VI)的吸收，而敲低Sultr1;2基因（-40%）显著降低了根部对Cr(VI)的吸收，这两个基因的双敲除突变体则几乎丧失了对Cr(VI)的吸收能力。反之，过量表达Sultr1;2基因显著提高拟南芥体内Cr的积累。这些结果表明，硫酸盐转运蛋白Sultr1;2是负责拟南芥Cr(VI)吸收的主要转运蛋白。

图1 硫酸盐转运蛋白基因Sultr1;1和Sultr1;2 的突变降低了拟南芥对Cr(VI)的吸收。sultr1;1为敲除突变体，sultr1;2为敲低突变体，DKO为Sultr1;1和Sultr1;2的双敲除突变体。

该研究成果以“The high-affinity sulfate transporter Sultr1;2 is a major transporter for Cr(VI) uptake in plants”为题，在线发表在Environmental Science & Technology上。徐仲瑞博士为第一作者，汪鹏教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发专项基金（2016YFD08004002）资助。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c04384