PerkinElmer ICP-MS助力科學(xué)家揭秘植物砷含量控制的關(guān)鍵基因

    隨著工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染已日益成為亟待解決的問題，而土壤及水中的重金屬會(huì)通過農(nóng)作物的吸收而轉(zhuǎn)移到人們的餐桌上。在進(jìn)行環(huán)境治理的同時(shí)，科學(xué)家們也在研究如何將這些危害健康的元素截流在作物之外，使我們的食品安全多一層保障。上海生科院植物生理生態(tài)研究所植物分子遺傳國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的晁代印研究組與英國(guó)阿伯丁大學(xué)及南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等研究團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)了控制植物內(nèi)砷積累調(diào)控的關(guān)鍵基因HAC1，為培育低砷或無砷植物奠定了良好基礎(chǔ)。學(xué)術(shù)期刊《PLoS Biology 》日前在線刊發(fā)了相關(guān)研究論文，并做了專題報(bào)道。

    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，利用全基因組關(guān)聯(lián)分析以及圖位克隆技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了控制這一變異的重要功能基因HAC1（High Arsenic Content）。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。原來，該基因可使植物產(chǎn)生砷suan鹽還原酶，并主要分布在根的外皮層及根毛細(xì)胞中。由于自然界中的砷多以砷suan鹽的形式存在，而砷suan鹽在化學(xué)性質(zhì)上與磷酸鹽非常相似，因此植物很難區(qū)分兩者，從而在吸收礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)磷酸鹽的同時(shí)也將砷suan鹽攝入體內(nèi)。為了限制砷向地上部遷移而危害植物的生長(zhǎng)代謝，在植物根部的外表皮和根毛中高度表達(dá)HAC1蛋白，有效識(shí)別砷suan鹽并將其催化形成與磷酸鹽化學(xué)性質(zhì)迥異的亞砷suan鹽并排出植物體外。該基因的發(fā)現(xiàn)在促進(jìn)我們理解植物耐砷分子機(jī)制的同時(shí)，也為將來培育低砷甚至無砷農(nóng)作物提供重要的操作靶標(biāo)，具有重大的應(yīng)用潛力。

    該研究團(tuán)隊(duì)借助PerkinElmer NexION 300D及Elan DRC ICP-MS進(jìn)行植物離子組學(xué)的分析，并使用HPLC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)分析植物樣品中不同形態(tài)的砷含量。離子組學(xué)的概念是由David E. Salt 教授及其同行在2003年提出，它主要研究的是生物體中的離子及其無機(jī)化合物，利用現(xiàn)代高通量的元素分析手段(如ICP-MS/OES)在分析植物離子組的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物信息學(xué)和功能基因組學(xué)等手段，在基因組的規(guī)模上對(duì)植物體內(nèi)的離子譜(Ion Profile)進(jìn)行繪制、對(duì)比研究，從而系統(tǒng)地研究揭示植物體內(nèi)控制離子平衡的遺傳網(wǎng)絡(luò)與分子機(jī)制。可以說，離子組學(xué)的發(fā)展與PerkinElmer ICP-MS息息相關(guān)，從zui初的提出到現(xiàn)在的逐漸成熟，從Elan系列到NexION 350系列ICP-MS，PerkinElmer快速、、高靈敏度和優(yōu)異穩(wěn)定性的儀器將幫助科學(xué)家在植物離子組學(xué)的道路上探索更多自然奧秘。

[來源：PE儀器（上海）有限公司（PerkinElmer）]