《Journal of Hazardous Materials》：Co-expression of AlnA and BphC in Alfalfa Enhances PCB Phytoremediation by Coupling Bioavailability Modulation and Intracellular Detoxification
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•紫花苜蓿共表达 alnA 和 bphC 可提高多氯联苯（PCB）修复效率。•根部分泌的 AlnA 使五种多氯联苯的生物有效性提高 2.0–3.2 倍。•BphC 的表达减轻了植物毒性并促进了污染胁迫下的植物生长。•转基因植物重塑了根际功能微生物组。引言多氯联苯（PCBs）历
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紫花苜蓿共表达 alnA 和 bphC 可提高多氯联苯（PCB）修复效率。
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根部分泌的 AlnA 使五种多氯联苯的生物有效性提高 2.0–3.2 倍。
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BphC 的表达减轻了植物毒性并促进了污染胁迫下的植物生长。
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转基因植物重塑了根际功能微生物组。
引言
多氯联苯（PCBs）历史上曾被用作介电液、增塑剂和润滑剂，因其高环境持久性、生物蓄积潜力以及对人类和野生动物的致癌性和免疫毒性作用，已被《斯德哥尔摩公约》列为持久性有机污染物 [1], [2]。尽管自 20 世纪 70 年代起全球已禁止生产多氯联苯，但由于其强疏水性和对土壤有机质的高亲和力，土壤仍然是多氯联苯的主要环境汇和长期二次来源 [3], [4]。在中国电子废弃物拆解区域，农田中多氯联苯浓度高达 1100 ng/g [5]。因此，开发高效、原位且生态可持续的修复技术仍是当务之急的全球挑战。
植物修复，尤其是根际修复，为传统物理和化学处理提供了经济高效、环境友好的替代方案 [6], [7], [8]。紫花苜蓿（Medicago sativa L.）因其高生物量、深根系、广谱胁迫耐受性以及调节根际微生物群落结构的能力而备受关注，已被广泛应用于重金属和有机污染物污染土壤的修复 [9], [10], [11], [12]。然而，其修复效率受到两个内在瓶颈的严重限制。首先，植物无法完全矿化受多氯联苯污染的土壤，并会产生有毒的单羟基和二羟基化代谢中间产物，进一步抑制植物生长 [13]。其次，多氯联苯的低生物有效性降低了修复效率，并由于其在土壤中的可逆固定作用而带来长期的潜在生态风险 [14], [15]。
将微生物降解基因引入植物是克服植物毒性的理性策略。2,3-二羟基联苯-1,2-双加氧酶（BphC）是微生物降解途径中负责多氯联苯开环降解和矿化的关键酶，而原生植物缺乏该酶活性 [16]。既往研究表明，异源表达 bphC 可以裂解有毒的多氯联苯代谢中间产物，减轻植物毒性，并增强植物对多氯联苯胁迫的耐受性 [17], [18]。然而，如果不同时解决土壤中多氯联苯内在低生物可用性的问题，bphC 介导的胞内解毒能力将无法得到充分利用。
表面活性剂因其增强多氯联苯解吸的能力而备受关注。与存在二次污染风险的合成化学表面活性剂相比，生物表面活性剂具有优异的乳化能力和环境相容性 [19]。AlnA 是一种来自放射耐受不动杆菌（Acinetobacter radioresistens）KA53 的乳化蛋白类生物表面活性剂，能有效乳化和溶解疏水性有机化合物，包括高度氯化多氯联苯 [20], [21]。然而，天然生物表面活性剂的实际应用仍面临诸多局限，如成本高、微生物快速消耗、无法持续递送以及田间性能不稳定等 [22]。在植物根部组成型或诱导型表达 alnA 以实现根-土界面持续分泌生物表面活性剂，相比外源添加具有两个潜在优势：(i) AlnA 在根际的靶向富集和精准释放；(ii) 随着根系的生长持续产生活性分泌区，从而克服传统表面活性剂应用中的时空不同步问题。尽管分泌的 AlnA 可能被土壤蛋白酶降解，但其持续的原位产生可维持有效的局部浓度。
我们假设，将这两种策略结合将产生一个整合循环。根部分泌的 AlnA 提高多氯联苯的生物有效性，从而导致植物吸收量增加。在植物细胞内，BphC 裂解联苯环，减少有毒中间产物并维持根系生长，进而支持 AlnA 的持续分泌。此外，AlnA 和根系分泌物可能富集土著多氯联苯降解菌，将降解区域拓展至根系表面之外。
本研究构建了共表达 alnA 和 bphC 的转基因紫花苜蓿，以研究：(i) 根部分泌的 AlnA 是否能增强多氯联苯的生物有效性和植物吸收；(ii) BphC 介导的环裂解是否能减轻植物毒性并改善多氯联苯胁迫下的植物表现；(iii) 转基因如何重塑根际微生物群落。我们的工作因此展示了一种将持续根源性生物表面活性剂释放与胞内解毒相耦合的整合策略，克服了传统植物修复的两个关键瓶颈，为多氯联苯污染场地的原位修复提供了一条低维护的路径。
节段摘要
植物表达载体的构建
AlnA（AY033946.1）和 bphC（GQ396266.1）通过引物（表 S1）进行扩增。植物表达载体 pCAMBIA3301N+bphC+EGFP 的构建方法如先前研究所述 [23]。红色荧光蛋白（RFP）基因使用含有 SacI 和 BamHI 位点的引物进行扩增，并亚克隆至 pCAMBIA3301N+bphC+EGFP 中，生成 pCAMBIA3301N+RFP+bphC+EGFP。信号肽 SP1（L14614.1）和 SP2（AF309552.1）经合成后通过重叠 PCR 与 alnA 融合（表 S2）。SP1/2-alnA
转基因紫花苜蓿的筛选及对多氯联苯的耐受性
首先通过 PCR 验证紫花苜蓿中转基因的整合情况（alnA 和 bphC）（图 S2 和 S3）。在 AB 品系的根尖观察到强烈的 GFP 和 RFP 信号，证实 alnA 和 bphC 在根尖高度表达，表明基因转移和表达成功（图 1b，S4）。所有转基因品系的 BphC 活性均显著高于野生型紫花苜蓿（图 1d，p < 0.05）。其中，BP-1、AB1-1 和 AB2-1 品系表现出最高的
讨论
alnA+bphC 共表达品系实现了向根际微环境持续分泌生物活性 AlnA，直接作用于土壤结合态多氯联苯并增加其生物有效组分，从而进一步促进植物吸收和积累（图 2d–2f）。较高的 RCF 值表明根系对多氯联苯的吸收能力更强，而较高的 SCF 值则反映了向叶片转运能力的增强，有利于植物提取 [43], [46]。共表达 alnA+bphC 的紫花苜蓿表现出最高的 RF，
结论
本研究证明，在紫花苜蓿中共表达 alnA 和 bphC 可显著提高多氯联苯修复效率和植物耐受性。AlnA 的持续根际分泌增强了多氯联苯的生物有效性，而胞内 BphC 的表达减轻了植物毒性并促进了污染胁迫下的植物生长。重要的是，重塑后的根际组成了一个协同的微生物网络，调控了养分循环和多氯联苯降解基因级联。这一整合的植物-微生物组
环境意义
多氯联苯（PCBs）是土壤中的持久性有机污染物，对生态系统和人类健康构成风险。传统植物修复受限于多氯联苯的低生物有效性和植物毒性。为克服这些瓶颈，我们构建了共表达 alnA 和 bphC 的转基因紫花苜蓿：AlnA 的持续根际分泌增强了多氯联苯的迁移和吸收，而胞内 BphC 裂解有毒中间产物的联苯环，减轻植物毒性并促进植物
CRediT 作者贡献声明
Yan Wang：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，资源，方法论。Wenwen Lin：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法论，数据整理。Yuzhu Ding：撰写 – 原稿，软件，方法论，调查。Hejun Ren：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，资金获取。
利益冲突声明
作者声明，不存在已知的可能影响本文所报道工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（批准号 32471701 和 41471252）以及吉林大学研究生创新基金（2025CX255）的资助。
研究意义
多氯联苯（PCBs）是土壤中的持久性有机污染物，对生态系统和人类健康构成风险。传统植物修复受限于多氯联苯的低生物有效性和植物毒性。为克服这些瓶颈，我们构建了共表达 alnA 和 bphC 的转基因紫花苜蓿：持续
Wenwen Lin | Yuzhu Ding | Hejun Ren | Yan Wang
