微生物对砷的甲基化作用以及微生物对二甲基砷酸盐的还原作用，共同促进了稻田土壤中高毒性二甲基砷酸盐的生成

《Environmental Science & Technology》：Microbial Arsenic Methylation and Microbial Reduction of Dimethylarsenate Contribute to the Production of Highly Toxic Dimethylarsenite in Paddy Soil

水稻白叶病由三价甲基砷（DMAs(III)）引起，毒性强于五价同源物（DMAs(V)）。研究发现DMAs(III)通过两种途径生成：一是Paraclostridium benzoelyticum TC8菌体甲基化反应，二是DMAs(V)在厌氧条件下被微生物还原。基因编辑证实谷胱甘肽和半胱氨酸在DMAs(V)还原中起关键作用。

　　

二甲基砷（DMAs）是导致水稻“直穗病”的致病因子，这种生理障碍会严重影响水稻产量。在缺氧的稻田土壤中检测到了五价（DMAs(V)）和三价（DMAs(III)）形式的二甲基砷。然而，DMAs(III)对水稻植物的毒性程度以及其在稻田土壤中产生的途径和机制仍不甚明了。在本研究中，我们发现在水培实验中，DMAs(III)对水稻植物的毒性更强，且引发的直穗病症状更为严重。通过将11份稻田土壤置于淹水条件下培养，证实了土壤溶液中存在DMAs(III)。我们利用从稻田土壤中分离出的纯细菌菌株以及体外酶活性测定方法，揭示了DMAs(III)产生的两种途径：第一种途径是Paraclostridium benzoelyticum TC8通过砷甲基化作用产生DMAs(III)，另一种途径是在体外由重组亚砷酸盐S-腺苷甲硫氨酸甲基转移酶（ArsM）催化生成DMAs(III)；第二种途径是DMAs(V)在厌氧微生物作用下发生还原反应生成DMAs(III)。通过基因缺失和异源表达实验，我们发现谷胱甘肽或半胱氨酸在Enterobacter CZ-1菌株中参与DMAs(V)的还原过程。这些发现加深了我们对稻田土壤中砷生物地球化学过程的理解，特别是高毒性DMAs(III)的生成机制。