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近日，New Phytologist雜志在線發表了中國科學院植物研究所中科院北方資源植物重點實驗室王亮生研究員團隊題為“Heavy metal ATPase 3 (HMA3) confers cadmium hypertolerance on the cadmium/zinc hyperaccumulator Sedum plumbizincicola”的研究論文，揭示了伴礦景天植物超富集重金屬鎘的高抗性分子機制。

Fig. 3 Cadmium (Cd) tolerance of Sedum plumbizincicola heavy metal ATPase 3 (SpHMA3)-RNAi transgenic lines.

鎘是一類非必需重金屬元素，對大多數生物包括動植物和人類都有很強的毒害作用。但自然界中卻有極少數植物能在莖葉中富集大量的鎘，而沒有出現鎘毒害癥狀，被稱之為鎘超富集植物。然而，由于對這類植物缺乏直接有效的基因功能研究手段，目前人們對植物超富集鎘的高抗性分子機制并不清楚。

伴礦景天（Sedum plumbizincicola）是在我國南方礦區發現的一種鎘／鋅超富集植物。因其對重金屬鎘和鋅具有超強的抗性和富集能力，目前伴礦景天是鎘污染土壤修復試驗的一種主要的修復植物。研究人員從伴礦景天中克隆到一個重金屬轉運蛋白基因SpHMA3，通過首次建立這類鎘超富集植物和非超富集生態型東南景天（Sedum alfredii）的穩定遺傳轉化系統，在景天植物中實現SpHMA3基因沉默 （RNAi）和過表達。研究發現SpHMA3定位于液泡膜上，對鎘離子具有特異轉運能力；SpHMA3基因在伴礦景天的地上部高豐度表達，該基因的表達下降（RNAi沉默）導致地上部新生組織的生長受到嚴重抑制，但并不影響鎘在地上部積累。這些結果表明，SpHMA3是鎘超富集植物伴礦景天進行鎘解毒的關鍵性基因，在含鎘土壤環境中維持其幼葉正常生長發育發揮重要的作用。該項研究導首次在鎘超富集植物中直接揭示鎘高抗性關鍵基因的分子機制及其生理功能，為深入開展植物超富集重金屬鎘／鋅的基因功能驗證及其分子機制研究建立了一個新的模式系統。

該研究的完成得到南京農大趙方杰教授和中科院南京土壤所吳龍華研究員的合作，中科院植物所碩士畢業生劉桓為論文第一作者，徐文忠副研究員為論文通訊作者。相關工作得到了國家自然科學基金等項目的資助。