我国南方铅、锌及钨矿的矿区及周边土地面临较为严峻的土壤镉（Cd）污染问题。用根系发达的植被覆盖污染土壤能够减少镉离子随降水等因素扩散到周边水源及土壤。柳枝稷是植株高大、根系发达的多年生禾草，其生物产量大，可作为优质能源植物和饲草。目前已有技术能够在柳枝稷生物质生物发酵过程中有效分离、无害化处理镉离子。因此，提高柳枝稷的镉耐性及其生物产量具有重要意义。
近期，草业学院徐彬研究组和生科院蔡庆生教授合作在Journal of Hazardous Materials在线发表了题为“Overexpression of PvBiP2 improved biomass yield and cadmium tolerance in switchgrass (Panicum virgatum L.)”的研究性论文。
该团队在前期研究中发现Cd胁迫导致柳枝稷的内质网胁迫响应，其中有4个内质网定位分子伴侣蛋白（BiP2s）和23个热机转录因子（HSFs）均受到Cd胁迫上调表达。利用Cd敏感酵母突变体对上述BiPs和HSFs进行筛选，发现PvBiP2和PvHSF4均能提高酵母的镉耐性。在镉胁迫和ER-胁迫诱导剂（DTT）的处理下，PvBiP2表达量上调，且PvBiP2启动子中存在HSE元件。利用Y1H及体内激活实验证明PvHSF4能够识别并激活PvBiP2的表达。在柳枝稷中过量表达PvBiP2不仅有效提高了柳枝稷的镉耐性，导致更高的镉积累量（提高90-140%）及较低的镉迁移效率（降低46-57%），还显著提高了柳枝稷的生物产量（提高40-45%）。因此PvHSF4-PvBiP2分子模块可有效提高柳枝稷的镉耐性，PvBiP2具有提高提高植物镉耐性和生物产量的“双效作用”，可作为柳枝稷及其他植物遗传改良的优质目标基因加以开发利用。
南京农业大学草业学院徐彬教授和生科院蔡庆生教授为该项研究的共同通讯作者，生科院宋刚博士和草业学院张敬博士为共同第一作者。该研究受到了国家自然科学基金委（31971757, 31372359）、江苏省自然基金（19KJB180015）和江苏省农业自主创新项目[CX (21)3004]的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130648
编辑：徐彬 校对：张义东 审核：李俊龙
