文献类型： 中文期刊

作者： 王智慧 ¹ ; 牛二利 ² ; 高远亮 ¹ ; 朱倩 ¹ ; 叶子弘 ³ ; 俞晓平 ³ ; 赵倩 ¹ ; 黄俊 ¹ ;

作者机构： 1.浙江科技大学生物与化学工程学院

2.浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所

3.中国计量大学生命科学学院

关键词： 浙麦冬;HMA家族;镉胁迫;富集系数;分子对接

期刊名称： 生物工程学报

ISSN： 1000-3061

年卷期： 2025 年 41 卷 002 期

页码： 771-790

收录情况： 北大核心 ; CSCD

摘要： 土壤镉污染是当前全球面临的重要环境问题之一。浙麦冬（Ophiopogon japonicus）作为一种多功能植物，不仅在传统医学中广泛应用，其在环境修复领域中的应用潜力也逐渐受到关注。本文旨在探讨浙麦冬在不同浓度镉胁迫下的镉富集规律，鉴定和分析浙麦冬重金属ATP酶（heavy metal ATPase, HMA）家族成员。研究发现浙麦冬富集系数高达2.75，在土壤镉污染修复中显示出良好的镉富集潜力。基于前期转录组数据鉴定出9个浙麦冬P1B型重金属ATP酶（P1B-ATPases）家族成员，其中OjHMA1–OjHMA6属于锌/钴/镉/铅ATP酶（Zn/Co/Cd/Pb-ATPases）,OjHMA7–OjHMA9则属于铜/银ATP酶（Cu/Ag-ATPases）。在镉胁迫下，OjHMA1、OjHMA2、OjHMA3和OjHMA7等基因表达显著上调，表明其在镉离子的吸收和转运过程中发挥核心作用。拓扑结构分析揭示了HMA蛋白具有该家族典型的跨膜（transmembrane,TM）片段以及调节离子吸收与释放的A、P和N功能域，跨膜片段上存在着金属离子结合位点（M4、M5、M6）。根据跨膜域数目及金属结合位点上氨基酸的不同，可将植物的HMA家族蛋白分为3个亚组：P1B-1 ATPases、P1B-2 ATPases和P1B-4ATPases。P1B-1ATPases亚组包含的TM4（CPC）、TM5（YN[X]₄P）和TM6（M[XX]SS）基序，P1B-2ATPases亚组的TM4（CPC）、TM5（K）以及TM6（DKTGT）基序，P1B-4 ATPases亚组的TM4中的SPC和TM6中的HE[X]GT基序，都是其蛋白发挥功能的关键。在此基础上，利用分子对接对金属离子结合位点进行了详细解析，揭示了CPC/SPC、DKTGT和HE[X]GT等关键保守序列在金属离子配位和稳定中的重要作用。本研究结果不仅提供了通过基因工程提高浙麦冬对镉吸附和耐受性的分子靶点，也为培育具有高镉吸附能力的新品种提供了理论基础。