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被砷污染的地下水和土壤影响着全世界数以百万计的人口，如果这种物质进入饮用水或者农作物，会使人类出现皮肤病、癌症等疾病。但是，中国凤尾蕨（brake fern，即蜈蚣草）却能在体内吸收并积累足以杀死大多数生物的砷，同时茁壮成长。
现在，普渡大学的植物学家乔迪·班克斯（Jody Banks）和蔡超（Chao Cai，音译）共同解释了中国凤尾蕨为何能够耐受砷的毒性。班克斯表示，通过将蕨类植物的基因拼接到其他植物中，生物工程师或许可以在未来复制这种特殊的能力，清理其他受污染的地区。
班克斯注意到，中国凤尾蕨的三个基因在遇到砷时特别活跃。为了检验这是否就是耐受性的原因，她用一种常见的生物技术抑制了这三个基因的表达。结果显示，中国凤尾蕨在接触砷后很快就会死去。随后，她和团队用显微镜做了进一步的研究，并把重点放在这些基因编码的蛋白质上。最后，他们重现了砷被中和的过程。
在很多有机体中，都存在一种叫做GAPC1的蛋白质，可以利用磷酸盐分解糖分，从而获取能量。在土壤中，砷是以砷酸盐的形式存在，它可以取代磷酸盐，阻碍获取能量的过程。但在蕨类植物中，GAPC1的结构稍有不同，能以化学方式结合砷酸盐。还有一种蛋白质，叫做OCT4，是由另一个基因编码的，可以帮助砷酸盐穿过细胞膜，进入细胞内被称为囊泡的微小结构。在囊泡内，由第三个基因编码的蛋白质GST会将砷酸盐转化为亚砷酸盐。研究人员还发现，囊泡可以将这种化合物转移到植物的特殊部位，安全地累积起来，而这个部位还能帮助植物抵御饥饿的昆虫。相关研究发表在《当代生物学》上。
2016年，佛罗里达国际大学的生物化学家巴里·罗森（Barry Rosen，并未参与这项研究）发现，铜绿假单胞菌能使用几乎相同的基因捕获和中和有毒物质。中国凤尾蕨把亚砷酸盐困在了特定的细胞中，而细菌却能将它送回环境。“事实证明，这种新颖的机制不仅适用于植物，也适用于细菌，”罗森表示，“生物体已经演化出了避免亚砷酸盐中毒的类似方法。”
撰文：蕾切尔·伯科威茨（Rachel Berkowitz）
翻译：杨玉洁
文章来源：环球科学
本文来自：环球科学
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