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为解决葫芦科作物易积累多环芳烃（PAHs）致食品安全风险问题，研究人员聚焦 MLPs 的 PAHs 转运作用。发现 MLPs 的空腔大小和 PAHs 结构影响结合亲和力，CpMLP-GR3 对大 PAHs 结合强，木质部汁液 PAHs 浓度与亲和力相关，为通过 MLP 突变工程培育安全作物奠定基础。
多环芳烃（PAHs）作为一类持久性有机污染物，广泛源于生物质热解、自然野火、农田生物炭及秸秆焚烧等过程。它们在环境中持久存在，通过作物吸收进入食物链，成为动物体内生物累积的重要途径。多数植物中 PAHs 主要积累于根部，而葫芦科植物如南瓜、黄瓜、西葫芦等却独特地在地上部高浓度积累，给食品安全带来隐患。此前研究发现主要乳胶样蛋白（MLPs）是葫芦科植物中 PAHs 的转运载体，但 MLPs 对 PAHs 的结合亲和力与积累水平的关系尚不明确。
研究人员围绕葫芦科植物 MLPs 与 PAHs 的相互作用开展研究，通过解析 MLPs 的结构特征、结合亲和力及其与 PAHs 地上部积累的关联，揭示了 MLPs 在 PAHs 转运中的关键作用，为培育低积累 PAHs 的安全作物提供了理论依据和潜在技术路径，该研究发表在《Plant Physiology and Biochemistry》。
研究采用的主要关键技术方法包括：利用 ColabFold 平台结合 AlphaFold2 源代码预测 9 种葫芦科 MLPs 的结构；通过 PubChem 获取 9 种 PAHs 的 ID；借助 CASTp 平台计算 MLPs 的空腔体积；运用 in silico 对接模拟分析 MLPs 与 PAHs 的结合情况；开展 in vitro 结合实验验证结合亲和力；检测特定品种木质部汁液中 PAHs 浓度并分析其与亲和力数据的相关性。
葫芦科 MLPs 的空腔分析及其结构特征
研究通过空腔标记确认空腔位于 MLPs 内部。9 种葫芦科 MLPs 的空腔体积在 40-99.7 ?3 之间，其中丝瓜 LcMLP2 空腔体积最小，西葫芦 CpMLP-GR3 空腔体积最大。已知西葫芦（C. pepo）基因组中有 21 个 MLP 基因，约 17 kDa 的西葫芦 MLPs 平均体积为 153 ?3，此次研究的葫芦科 MLPs 空腔体积与之存在差异，体现了不同 MLPs 结构的多样性。
MLPs 对 PAHs 的结合亲和力特征
in silico 对接模拟显示，葫芦科 MLPs 对 PAHs 的结合亲和力因空腔大小和 PAHs 结构而异。值得注意的是，西葫芦 CpMLP-GR3 在对接模拟中对多种大型 PAHs 表现出强结合力，但这一结果在 in vitro 结合实验中并非始终一致。特定品种中，木质部汁液的 PAHs 浓度与 in silico 和 in vitro 的亲和力数据均存在相关性，表明 MLPs 的结合亲和力是影响 PAHs 在植物体内转运和积累的重要因素。
研究结论与意义
研究明确葫芦科植物借助 MLPs 积累地上部疏水性有机污染物，MLPs 的结合亲和力和特异性决定了转运污染物的类型和数量。通过多种实验手段揭示了 MLPs 对不同结构 PAHs 的结合亲和力特征，证实空腔体积是影响结合的重要因素。这为通过调控 MLP 功能，即通过 MLP 突变工程降低其对污染物的结合亲和力来培育安全作物开辟了道路，对减少作物 PAHs 积累、保障食品安全具有重要意义。未来可基于此开展 MLP 功能调控的深入研究，推动安全作物育种实践。
