硒胁迫下华中碎米荠磺基转移酶家族的鉴定及其在硒代谢中的调控机制

华中碎米荠作为硒超富集植物，其硒代谢机制尚不明确。研究人员通过全基因组鉴定32个ChSOT基因，发现ChSOT15-1在100/80,000 μg Se L-1硒胁迫下表达量显著上调（叶片最高529倍），分子对接揭示其通过PAPSe结合口袋催化羟基化小分子（如JA）硒化，首次证实SOTs参与硒代谢通路，为植物硒解毒和JA稳态调控提供新见解。

　　

硒是人体必需的微量元素，但过量摄入会导致毒性。植物通过代谢途径将硒转化为低毒形式，其中硒超富集植物华中碎米荠（Cardamine hupingshanensis）能积累高达3000 mg kg^-1的硒，但其分子机制尚未阐明。尤其值得注意的是，硒与硫化学性质相似，常通过硫代谢途径进行代谢，而磺基转移酶(Sulfotransferases, SOTs)作为硫代谢关键酶，是否参与硒代谢仍缺乏直接证据。

为解决这一问题，湖北民族大学的研究团队在《Plant Science》发表了最新研究。他们通过全基因组分析鉴定出32个ChSOT基因，发现这些基因在12条染色体上存在串联重复现象。基因表达分析显示，ChSOT15-1在100和80,000 μg Se L^-1硒处理下表达量分别上调529倍和219倍（叶片）以及12倍和152倍（根系）。分子对接实验首次揭示ChSOT15-1通过保守结构域（Thr¹³⁷/Asn¹³⁹/His¹⁴¹）与硒供体PAPSe(3'-phosphoadenosine-5'-phosphoselenate)结合，并催化羟基化小分子（如茉莉酸JA及其衍生物）的硒化反应。

研究主要采用以下技术：1) 基于基因组数据库(PRJCA005533)的BLASTp同源比对鉴定ChSOT家族；2) MEME和CDD进行保守基序与结构域分析；3) qPCR检测硒胁迫下基因表达；4) SWISS-MODEL同源建模和AutoDock分子对接分析蛋白-配体相互作用。

【Genome-wide identification of ChSOT genes】
通过比对拟南芥SOT家族，从华中碎米荠基因组中鉴定出32个ChSOT基因，系统发育分析将其分为5个亚家族。染色体定位显示这些基因呈串联重复分布，暗示基因复制在家族扩张中的作用。

【Identification and analysis of ChSOT genes】
启动子分析发现35个顺式作用元件，主要响应植物激素（含JA）、光信号和非生物胁迫。蛋白亚细胞定位预测显示ChSOTs主要分布于细胞质和细胞膜。

【Discussion】
研究首次证实SOTs通过"硒化"而非传统"硫化"途径参与硒代谢。ChSOT15-1对JA的硒化修饰可能具有双重功能：既促进硒解毒，又调控JA信号通路。与拟南芥AtSOT15（已知羟基JA硫转移酶）的相似性，暗示SOTs在硒/硫代谢中的进化保守性。

该研究不仅揭示了硒超富集植物适应高硒环境的新机制，还为作物硒营养强化和污染修复提供分子靶点。特别值得注意的是，ChSOT15-1介导的JA硒化可能是植物协调解毒与防御信号的关键节点，这一发现为理解植物次级代谢网络开辟了新视角。