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通過農(nóng)作物的吸收而轉(zhuǎn)移到人們的餐桌上。在進行環(huán)境治理的同時，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家重點實驗室的晁代印研究組與英國阿伯丁大學(xué)及南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等研究團隊合作，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)。國際學(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)積累高達數(shù)百倍的砷。原來，該基因可使植物產(chǎn)生砷酸鹽還原酶，并主要分布在根的外皮層及根毛細胞中。由于自然界中的砷多以砷酸鹽的形式存在，而砷酸鹽在化學(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)營養(yǎng)磷酸鹽的同時也將砷酸鹽攝入體內(nèi)。為了限制砷向地上部遷移而危害植物的生長代謝，在植物根部的外表皮和根毛中高度表達HAC1蛋白，有效識別砷酸鹽并將其催化形成與磷酸鹽化學(xué)性質(zhì)迥異的亞砷酸鹽并排出植物體外。該基因的發(fā)現(xiàn)在促進我們理解植物耐砷分子機制的同時，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。

該研究團隊借助PerkinElmer NexION 300D及Elan DRC ICP-MS進行植物離子組學(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)模上對植物體內(nèi)的離子譜(Ion Profile)進行繪制、對比研究，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)與分子機制。可以說，離子組學(xué)的發(fā)展與PerkinElmer ICP-MS息息相關(guān)，從最初的提出到現(xiàn)在的逐漸成熟，從Elan系列到NexION 350系列ICP-MS，PerkinElmer快速、高效、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。