吃砷的蕨類
- 這些植物的基因可能有助於淨化土壤與水。Arsenic-Eating Fern
作者╱伯科威茲 ( Rachel Berkowitz )
譯者╱鄭方逸
全球有數百萬人受害於砷污染的地下水和土壤。這種物質倘若進入飲用水和作物內，會導致皮膚病變、癌症與其他疾病。然而鱗蓋鳳尾蕨（Pteris vittata）天生能在體內累積足以害死其他生物的高含量砷，神奇地繼續蓬勃生長。長久以來，這種耐受性的機制一直是生物化學界的謎團。
美國普渡大學的植物研究學家班克斯（Jody Banks）、蔡超（Chao Cai，音譯）等人最近提出了解釋。班克斯說，若能成功剪輯這種蕨類的基因並接入其他植物的基因，生物工程學家未來就可能利用這種蕨類的能力，清理受到污染的地區。
班克斯注意到當這些蕨類接觸砷時，有三個基因會變得更活躍。為了測試這些基因是否與蕨類對砷的耐受力有關，她用一種常見的生物技術，「關閉」實驗樣本裡的這三個基因，之後這些樣本一暴露到砷毒便隨之死亡。她和團隊接著用顯微鏡追蹤樣本中這些基因編碼所製造出的蛋白質，重現蛋白質如何彼此協同合作收集砷並中和毒素，把砷送往葉子。
其中一個名為GAPC1的蛋白質也存在於許多物種裡，它會用磷酸鹽分解葡萄糖並轉化為能量。砷是以砷酸鹽的形式存在於土壤中，毒性在於它會取代上述反應中的磷酸鹽，阻斷能量製造。然而這種蕨類的GAPC1結構稍有不同，可藉由化學反應與砷酸鹽結合。另一個基因編碼的蛋白質OCT4則會協助困在細胞質內的砷酸鹽穿過胞器的膜，進入細胞中稱為囊泡的小胞器裡。第三個基因所編碼的蛋白質GST會在囊泡裡把砷酸鹽轉換為亞砷酸鹽的形式。研究人員發現，囊泡會再把亞砷酸鹽送往植物體內可以安全累積的部位，抵禦昆蟲。研究結果發表於今年5月的《當代生物學》（Current Biology）。
弗羅里達國際大學生物化學家羅森（Barry Rosen）沒有參與此研究，2016年他在耐砷細菌綠膿桿菌（Pseudomonas aeruginosa）發現了細菌捕捉並中和砷毒的過程，使用的基因幾乎與這種蕨類完全一樣。蕨類是把亞砷酸鹽困在特殊細胞裡，而細菌則把它排出體外。羅森評論：「同樣的新奇機制出現在植物和細菌體內，顯示生物已經演化出避開砷毒的方法。」
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