四川农业大学副教授在植物学一区top期刊发表最新研究成果,突变一个氨基酸,镉离子转运活性下降约15.34%,揭示丹参阻隔镉吸收关键机制

近日，四川农业大学生命科学学院廖进秋副教授领衔的药用植物种质资源创新利用团队在知名植物学期刊《BMC Plant Biology》上发表最新研究成果，首次在分子层面阐明了丹参通过关键基因变异调控根系镉吸收的阻遏机制，为培育低镉丹参新品种提供了精准遗传靶点，也为保障中药材安全、利用植物技术应对土壤重金属污染提供了新的理论方向和应用前景。

丹参作为我国传统大宗中药材，广泛应用于心脑血管疾病的治疗与保健，产业价值巨大。然而，随着农田土壤镉污染问题日益突出，中药材镉超标已成为威胁用药安全与产业可持续发展的严峻挑战。因此，解析丹参低镉积累的遗传机制、培育抗污染品种，成为兼具民生与经济价值的迫切需求。

团队聚焦镉积累能力截然不同的两种丹参生态型：丹参高镉型（SDPY）与低镉型（SCZJ）生态型，通过生物信息学分析与功能基因组学研究，成功锁定核心基因——SmNRAMP1。该基因在两种丹参生态型中存在天然变异，其编码蛋白的第301位氨基酸存在天然变异：其编码蛋白第301位氨基酸由亮氨酸变为组氨酸（L301H突变），是导致镉吸收能力降低的核心原因。为验证上述发现，研究团队采用分子生物学、遗传学、生物化学及计算生物学等多学科交叉的研究策略，系统开展了SmNRAMP1等位基因变异体的功能分析。结果显示，在异源表达SmNRAMP1的镉敏感酵母中，携带H301变异的蛋白其镉离子转运活性下降约15.34%。进一步通过分子动力学模拟发现，该突变可能通过改变局部氢键网络及侧链空间位阻，影响跨膜螺旋的构象稳定性，干扰蛋白在转运循环中的构象转变动力学，从而削弱其介导镉离子跨膜吸收的效能。

该研究首次鉴定并验证了丹参中调控镉积累的关键基因变异（SmNRAMP1H301），将复杂性状精确关联至单个氨基酸位点，并从分子动力学层面揭示了其削弱蛋白功能的结构机制，不仅为快速培育低镉丹参品种、实现污染农田安全利用提供了精准靶标，也为其他作物低镉遗传改良提供了重要参考。

廖进秋副教授为该文第一作者，博士研究生尚玉坤为共同第一作者，杨瑞武教授与理学院张利教授为共同通讯作者。研究得到四川省科学技术计划项目（编号：2025ZNSFSC0613）及四川农业大学项目（编号：2024ZYTS002）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1186/s12870-026-08145-1