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“吃”掉有害化合物 看植物如何为土壤解毒!

作者:admin发布时间:2022-04-20 02:37

  交汇点讯 芳香族硝基化合物被广泛应用于医药、染料、杀虫剂、炸药、农药及其他化工产品的生产中,是一类强致癌物,严重威胁人类健康和安全。然而,由于此类化合物进入土壤后会紧密结合粘土颗粒和土壤中的腐殖质,因此成为了最难降解和修复的有机污染物之一。如何为土壤“解毒”,成为迫切需要解决的问题。

  近日,记者从扬州大学了解到,该校农学院教授徐辰武和杨泽峰团队首次揭示了一个水平基因转移起源的植物基因SagB,具有降解芳香族硝基化合物的能力,为受此类物质污染的土壤进行植物修复提供了新的技术途径和基因资源。

  土壤是人类赖以生存和发展的基石,是保障粮食安全生产的重要物质基础。现有的土壤修复技术仍不太成熟,物理修复花费高,化学修复容易引起土壤质量下降。那么,能否找到一种经济、有效、适合大规模农田治理的科学修复方法?

  杨泽峰告诉记者,此前,有学者发现,植物中某些基因可能参与了硝基化合物降解的过程。“于是,我们想到,能否在植物中找到调控土壤中硝基化合物降解的‘解毒’基因呢?”

  硝基还原酶是一种古老的多功能酶,也是催化硝基化合物降解的一种关键酶。在其超基因家族中,SagB基因是一个大而多样的亚家族,且在植物和细菌中广泛存在。因此,SagB进入了团队的视野。由于SagB基因在植物中的分布仅限于陆生植物,为进一步研究植物SagB基因的功能,团队在培养液中进行了水稻和拟南芥SagB转基因植株对芳香族硝基化合物的吸收实验。实验结果表明,过表达SagB的转基因植株能够从培养液中吸收更多的芳香族硝基化合物,初步证明了该基因具有修复芳香族硝基化合物类环境污染的潜力。

  “现阶段,我们计划将SagB基因转化至更适合土壤修复的植物,例如多年生草本植物中,并对转化植株在田间开展多年的土壤污染修复实验,重点研究该基因对二硝基苯胺类除草剂污染土壤的修复潜力和应用价值。”杨泽峰表示。

  硝基化合物的转化作用仅仅是“解毒”的第一步。该团队发现,植物可以通过还原酶的作用将硝基还原,并生成相应的氨基衍生物。

  “我们在拟南芥和水稻中均观察到了类似现象,SagB基因通过加快调控2,4,6-三硝基甲苯的转化,从而发挥解毒功效。”扬州大学农学院博士研究生陈茹佳解释,这一结果也为土壤中芳香族硝基化合物的清理提供了新的基因靶点,未来值得进一步研究将该基因应用于根系更为广泛和茂密的植物(例如多年生草本植物)中进行植物修复的效果。

  在漫长的物种起源与扩张过程中,陆生植物演化出了很多适应有毒环境的策略。其中,水平基因转移起到了重要作用,已知的许多基因在植物中具有重要的生物学功能。为探索植物中SagB基因的起源与进化,团队进行了全数据库的SagB蛋白序列搜索和比对。结果发现,其同源序列主要存在于细菌和古菌中,由此表明,SagB基因可能最早起源于细菌。

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