北京林业大学副院长团队博士生第一作者在顶级期刊(IF=12.4)发表研究成果,揭示植物“高生物量、低转运”修复的分子机制

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近日，北京林业大学草业与草原学院尹淑霞教授团队的研究成果“OvHMA3 enhances cadmium tolerance in Onobrychis viciifolia by promoting root compartmentalization via active transport”在《Journal of Hazardous Materials》在线发表。研究系统揭示了红豆草通过液泡膜转运蛋白OvHMA3介导的主动镉区室化机制，为其“高生物量、低转运”的修复特性提供了分子基础，为重金属污染植物修复提供了新策略。

镉污染严重威胁农业安全与生态健康。植物修复虽环境友好，却长期受限于“高生物量植物富集能力低”与“超富集植物生物量小、易转移”的双重困境。红豆草作为一种生物量大、适应性强的豆科牧草，表现出“根部固存低转运”的独特特性，是极具潜力的土壤镉污染修复材料，然而其背后的分子机制尚不清楚。本研究首次在红豆草中全基因组鉴定了重金属ATP酶（HMA）基因家族，并锁定关键基因OvHMA3。研究发现，OvHMA3在镉胁迫下呈现剂量依赖性上调，并在根组织中特异性高表达。进一步的亚细胞定位证实，OvHMA3蛋白定位于液泡膜。

图1 研究图形摘要

功能验证表明，OvHMA3如同一个“分子泵”，利用ATP能量将细胞质中的Cd²⁺主动转运并隔离至液泡内。在酵母中，表达OvHMA3可显著增强菌株的镉耐受性。在拟南芥中过表达OvHMA3，能有效将镉固存于根部，使根茎积累比提升至约5.31:1（野生型仅为1.48:1），并显著减轻地上部的氧化损伤。该研究阐明了红豆草依靠OvHMA3实现根系镉液泡区室化的核心机制，从分子层面解释了其“高生物量、低转运”特性的成因。这一发现不仅为理解植物重金属耐受的进化适应提供了新视角，也为利用基因工程手段培育兼具高生物量与低重金属转移风险的修复植物提供了关键基因靶点与理论依据。近年来，草业与草原学院面向国家生态安全与绿色发展的重大需求，在草地生态系统修复、植物抗逆分子机制等领域持续开展创新研究，为我国生态环境治理与草业绿色发展贡献力量。草业与草原学院博士生刘曼和王子玥为论文的共同第一作者，尹淑霞教授为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金（No. 32371764）的资助。

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