土壤砷污染是我国广泛存在的环境问题。砷是一类致癌物，对人体健康有极大危害。由于食物链的传递和放大效应，砷污染地区的作物存在很大的砷暴露风险。水稻、大麦、小麦和玉米等谷物类作物是人体摄入砷的主要食物来源。其中水稻作为我国的主要粮食作物，砷污染地区的稻米中砷高达其他禾谷类作物的10倍以上。食用稻米已经成为人体无机砷最主要的食物暴露途径。近年来，稻田中砷的形态特征、水稻砷的吸收与运输机制都有丰富的研究成果，通过阻控水稻砷吸收途径降低稻米中砷积累，是砷污染农田安全利用的有效方法。水稻通过磷转运蛋白（Pht1）系统吸收五价砷[As(V)]，继续深入挖掘水稻As(V)吸收过程中Pht基因的功能，对阻控砷在食物链中的传递有重要意义。
       本研究以OsPht1;9和OsPht1;10为研究对象，生物信息学研究发现OsPht1;9与OsPht1;10蛋白间的亲缘关系接近，二者的氨基酸序列也具有较高的一致性。通过砷处理条件下的比较转录组数据库分析与qRT-PCR定量分析发现，OsPht1;9基因在砷暴露条件下稳定表达，而OsPht1;10基因在砷暴露条件下表达上调4.7倍，表明二者与水稻砷代谢的重要相关性。在酵母中异源表达OsPht1;9和OsPht1;10，发现与另一水稻磷转运蛋白OsPht1;4相比，二者酵母转化株的生长在As(V)暴露下受到显著抑制，As积累量显著高于OsPht1;4酵母转化株，表明OsPht1;9和OsPht1;10具有更强的As(V)吸收转运能力。构建获得了ospht1;9和ospht1;10双突变纯合株系，发现与野生型相比，不同磷水平下双突变体表现出更高的砷耐性，地上部砷积累量下降46%~66%，伤流液中转运的As(V)含量降低16.5%~34.8%，说明OsPht1;9与OsPht1;10参与了水稻对As(V)的吸收、转运过程。进一步盆栽实验研究中发现，双突变水稻籽粒中砷积累量与野生型相比下降24%~39%，而磷含量及水稻产量无显著变化，说明OsPht1;9和OsPht1;10参与了水稻As(V)的吸收积累过程，敲除OsPht1;9和OsPht1;10能够降低水稻籽粒砷积累，且并不影响水稻对磷的吸收、积累。本研究结果表明敲除水稻OsPht1;9和OsPht1;10基因，能够在降低水稻砷积累量的同时不影响其对磷营养的利用和生长发育，是一种具有应用前景的水稻砷阻控策略，对培育低砷水稻、提高食品安全性具有重要参考价值，对阻控砷在食物链中的传递有重要意义。
 

砷,水稻,磷转运蛋白,分子机制