水稻土中藻对砷的甲基化作用及分子机制

本项目针对水稻和水稻田砷污染，以砷的生物转化（五价砷还原和三价砷的甲基化以及有机砷的挥发）为切入点，围绕藻在砷的生物转化中的作用及机理开展研究。主要研究内容包括：（1）砷污染稻田藻的分离及其吸收转化砷的特征，分析优势藻种的砷耐性和吸收代谢特征；（2）模式藻的砷吸收和转化规律，研究基因组测序的模式藻的砷吸收和代谢特征；（3）模式藻砷转化的关键基因克隆与功能表征，在生理研究的基础上克隆模式藻基因组中的砷还原和甲基化基因，并通过在大肠杆菌相关突变体中的基因表达功能互补试验表征所克隆基因的功能。. 本项目对认识藻对稻田生态系统中砷的生物地球化学行为、归宿和生物毒性具有指导意义。有关砷的生物挥发的研究目前国际上刚刚开始，具有明显的创新性。

本论文以几种代表性的水生微生物（集胞藻、微囊藻、念珠藻和莱茵衣藻）为对象，研究了它们对砷的吸收、富集和转化的机理，同时对其中起到关键性调控作用的基因进行了克隆和功能解析。本文的主要结果归纳如下：.（1）本研究探讨了集胞藻PCC6803（Synechocystis sp. PCC6803）对砷吸收和转化机理。结果显示：该藻具有较强的砷耐受和富集能力。此外，它还通过氧化As(III)为毒性较低的As(V)来解毒。该藻可以去除水生环境中砷。.（2）本研究证实了三种蓝藻：集胞藻6803（Synechocystis sp. PCC6803）、微囊藻7806（Microcystis sp. PCC7806）和念珠藻7120（Nostoc sp. PCC7120）能挥发砷。将亚砷酸甲基转移酶ArsM基因从三种蓝藻中克隆，并表达在对砷高度敏感的大肠杆菌AW3110 （ΔarsRBC）中，能高了细胞对As(III)的抗性。两种纯化的ArsM酶(SsArsM, Synechocystis和NsArsM, Nostoc)具有甲基化As(III)的能力。.（3）本文考察了莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）对As(V)吸收和转化机制。结果表明：随着砷浓度和处理时间的增加，更多的胞内As(V)被还原为As(III)。衣藻的两个砷酸盐还原酶基因（CrACR2.1，CrACR2.2）被克隆并表达在大肠杆菌WC3110（ΔarsC）中，二者都能恢复细胞对As(V)的抗性。