靶向抗坏血酸-谷胱甘肽通路增强番茄铬胁迫耐受性的分子机制及修复潜力

研究人员通过基因工程技术改造番茄抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)通路关键基因（APX、MDHAR、DHAR、GR、SOD），显著提升植株对铬(Cr)胁迫的耐受性。转基因株系在100μM K2Cr2O7处理下表现出光合效率提升、氧化损伤降低（MDA减少68%）及铬富集能力增强（根系Cr积累量提高56.89%），为重金属污染植物修复提供新策略。

　　

随着功能基因组学的发展，通过调控重金属抗性相关蛋白和基因的表达来改造植物已成为可能。这项研究聚焦于番茄中抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)通路关键基因——抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)和超氧化物歧化酶(SOD)的过表达效应。

在100微摩尔浓度的重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)胁迫下，转基因番茄展现出令人惊喜的生理响应：类胡萝卜素含量飙升41.64%，花青素积累增加34.60%，同时光合速率、蒸腾作用和气孔导度全面优于野生型(WT)。更妙的是，这些"强化版"番茄不仅积累了更多渗透调节物质和酚类化合物，还显著降低了电解质渗漏、丙二醛(MDA)和活性氧(ROS)水平——这些指标都指向细胞膜损伤的减轻。

分子检测显示所有外源基因均高效表达，扫描电镜(SEM)观察则直观证实转基因植株在铬胁迫下细胞结构更完整。有趣的是，这些番茄还展现出卓越的铬富集能力，叶片和根系铬积累量分别比野生型高出68%和56.89%。这项研究证实，通过工程化改造AsA-GSH通路，可以打造出兼具铬耐受性和富集能力的"超级番茄"，为重金属污染土壤的植物修复提供了新思路。