中国农业科学院农业资源与农业区划研究所土壤植物互作团队近日在《有毒材料》（Journal of Hazardous Materials）杂志上发表了一项研究，揭示了CrPHT3基因在莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）磷积累与砷耐受性之间的关系。这项研究为理解线粒体磷转运蛋白在砷代谢调控中的作用提供了新视角，并为开发植物修复技术提供了科学依据。

 

砷是一种广泛存在于自然界中的元素，可通过自然迁移和人类活动进入环境，对生态系统和人类健康构成威胁。藻类因其参与砷元素的生物地球化学循环以及改善砷污染水体的能力，被视为一种具有潜力的生物修复材料。莱茵衣藻作为一种典型的浮游水生植物，在砷污染水体修复方面有着广阔的应用前景。

 

研究团队以莱茵衣藻野生型（WT）和Crpht3突变体为对象，研究了PHT3基因在砷耐受性中的作用。实验结果表明，在正常磷酸盐供应条件下，莱茵衣藻WT和Crpht3突变体之间没有显著的表型差异。然而，在砷胁迫环境下，当供给充足的磷酸盐时，Crpht3突变体表现出更强的多聚磷酸盐和细胞内磷酸盐吸收能力，从而提高了其在高浓度五价砷（As[V]）环境下的耐受性。

 

在砷酸盐胁迫条件下，Crpht3突变体上调了PHT3基因的表达，导致更多磷酸盐在细胞质中累积，进而激活了与谷胱甘肽氧化还原过程、抗氧化活性和细胞解毒能力相关的基因表达。相反，莱茵衣藻WT由于磷酸盐积累较少，表现出较低的砷酸盐耐受性。这表明CrPHT3基因通过影响磷酸盐积累模式，增强了莱茵衣藻对砷酸盐的耐受性。

 

这项研究不仅增进了对藻类砷耐受机制的理解，也为利用基因编辑技术改良植物，使其适用于低成本、环保的重金属污染修复策略提供了新的思路。研究由陶乐圆博士和王龙副教授担任共同第一作者，张倩茹研究员和程宪国研究员为共同通讯作者，并得到了多个国家级科研项目的资助。