PerkinElmer ICP-MS助力科学家揭秘植物砷含量控制的关键基因

随着工业的发展，环境污染已日益成为亟待解决的问题，而土壤及水中的重金属会通过农作物的吸收而转移到人们的餐桌上。在进行环境治理的同时，科学家们也在研究如何将这些危害健康的元素截流在作物之外，使我们的食品安全多一层保障。上海生科院植物生理生态研究所植物分子遗传国家重点实验室的晁代印研究组与英国阿伯丁大学及南京农业大学等研究团队合作，发现了控制植物内砷积累调控的关键基因HAC1，为培育低砷或无砷植物奠定了良好基础。国际学术期刊《PLoS Biology 》日前在线刊发了相关研究论文，并做了专题报道。

研究发现，模式植物拟南芥叶片砷含量存在着巨大的自然变异，利用全基因组关联分析以及图位克隆技术，发现了控制这一变异的重要功能基因HAC1（High Arsenic Content）。HAC1可有效阻止植物体内砷的积累，而其突变则导致植物体内积累高达数百倍的砷。原来，该基因可使植物产生砷酸盐还原酶，并主要分布在根的外皮层及根毛细胞中。由于自然界中的砷多以砷酸盐的形式存在，而砷酸盐在化学性质上与磷酸盐非常相似，因此植物很难区分两者，从而在吸收矿质营养磷酸盐的同时也将砷酸盐摄入体内。为了限制砷向地上部迁移而危害植物的生长代谢，在植物根部的外表皮和根毛中高度表达HAC1蛋白，有效识别砷酸盐并将其催化形成与磷酸盐化学性质迥异的亚砷酸盐并排出植物体外。该基因的发现在促进我们理解植物耐砷分子机制的同时，也为将来培育低砷甚至无砷农作物提供重要的操作靶标，具有重大的应用潜力。

该研究团队借助PerkinElmer NexION 300D及Elan DRC ICP-MS进行植物离子组学的分析，并使用HPLC-ICP-MS联用技术分析植物样品中不同形态的砷含量。离子组学的概念是由David E. Salt 教授及其同行在2003年提出，它主要研究的是生物体中的离子及其无机化合物，利用现代高通量的元素分析手段(如ICP-MS/OES)在分析植物离子组的基础上，结合生物信息学和功能基因组学等手段，在基因组的规模上对植物体内的离子谱(Ion Profile)进行绘制、对比研究，从而系统地研究揭示植物体内控制离子平衡的遗传网络与分子机制。可以说，离子组学的发展与PerkinElmer ICP-MS息息相关，从最初的提出到现在的逐渐成熟，从Elan系列到NexION 350系列ICP-MS，PerkinElmer快速、高效、高灵敏度和优异稳定性的仪器将帮助科学家在植物离子组学的道路上探索更多自然奥秘。