微生物抗砷新机制助力污染农田绿色修复

近日,中国农业环境与可持续发展研究所退化及污染农田修复创新团队取得新进展,发现了真核类微生物抗砷的新机制。相关研究成果以封面论文形式发表在《环境科学与技术(Environmental Science Technology)》上。

 

稻田淹水栽培条件下,水稻更易于累积甲基态砷和毒性相对更高的亚砷酸盐,造成水稻籽粒砷超标以及水稻直穗病发生,严重威胁农产品安全和健康。根际是水稻吸收砷的热点区域,也是各类微生物聚集的活跃区域。然而,水稻根际真核类微生物如何应对稻田砷毒害的过程了解甚少,如何利用抗砷微生物发展污染农田绿色修复技术仍值得深入探索。

该研究发现了一种源自棘孢木霉的新型金属结合蛋白,这种蛋白具有相对更强的亚砷酸盐和还原态一甲基砷结合能力和稳定性,携带该蛋白编码基因的重组大肠杆菌能够更好地抵抗环境砷胁迫,通过促进微生物胞内砷累积,有效缓解稻田土壤中砷对微生物及水稻生长的毒害。利用基因敲除的方法,进一步明确了该蛋白结合亚砷酸盐和还原态一甲基砷的特定半胱氨酸位点。利用全国14个典型农区水稻根际土壤调查发现,该蛋白编码基因在稻田土壤中广泛分布,且随着土壤空隙水中砷含量增加其表达量显著上升。该结果进一步证明了源自真菌的抗砷基因在土壤-水稻体系对砷的解毒效应,有助于今后通过生物工程菌构建、功能基因根际扩繁等方式开展砷污染农田绿色修复。

该研究得到国家自然科学基金和中国科技创新工程等项目的支持。(通讯员 王佳)

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c1104