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郎明林课题组在植物有机硒富集领域取得重要新进展

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  • 发布于 2019-09-18
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有机硒特别是甲基硒代半胱氨酸(Se-methylselenocysteine MeSeCys)目前被发现对多种人类重大疾病发病具有显著的抑制和延缓作用,比如癌症和阿尔兹海默症。因此如何提高日常膳食MeSeCys水平,对于预防和延缓人类重大疾病发生具有积极意义。中国科学院大学生命学院郎明林课题组目前在富硒植物MeSeCys累积机制方面取得重要新进展。

人类目前有机硒的获取主要来源于植物,而在植物中负责无机硒转化为有机硒的关键酶是甲基硒代半胱氨酸转移酶(selenocysteine methyltransferase, SMT )。但大多数普通植物和作物均缺乏有效的无机硒向有机硒特别是MeSeCys的转化能力。印度芥菜(Brassica juncea L.)是一著名的硒富集植物,郎明林课题组以该植物为材料,通过分子生物学和生物信息学手段成功克隆了该植物的甲基硒代半胱氨酸转移酶基因BjSMT。在正常培养条件下,BjSMT表达几乎检测不到,但低剂量的亚硒酸盐[SeIV]胁迫可快速启动其叶部上调表达,硒酸盐[SeVI]胁迫可极显著上调其叶部转录水平达15倍以上。在烟草中过表达BjSMT可显著提高转基因植物的整体抗硒胁迫能力,表现为株高、鲜重和根长均显著优于对照未表达BjSMT的植物,特别是转基因植物叶片的谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)水平、叶绿素(chlorophyll)含量、总SeMeSeCys含量均得到显著提高。通过结构模拟和序列分析,发现BjSMT具有保守的Thr187,可同时甲基化HoCysSeCys底物,揭示了硒富集植物和普通植物SMT分子演化过程8个保守氨基酸的差异。该项研究首次揭示了自然界富硒植物印度芥菜积累和转化MeSeCys的分子机制,为通过分子遗传改良手段提高人类膳食有机硒含量,进而增进人类健康、预防和延缓重大疾病发生提供了理论物质基础,具有重要科学意义。

相关研究近期发表在植物科学领域的权威期刊Journal of Experimental Botany 5 year IF=6.305)(J Exp Bot. 2019 Aug 30. pii: erz390. doi: 10.1093/jxb/erz390)。河北农业大学生命科学学院硕士生陈梦、曾柳、罗向光和中国科学院大学生命学院博士生Muhammad Zubair Mehboob为该论文的共同第一作者,郎明林教授为论文的通信作者。该工作得到国家自然科学基金、河北省应用基础研究计划重点基础研究项目和河北省百名创新人才计划项目的资助。

152535 861759. 20190918152143

BjSMT 表达可快速影响硒胁迫,提高植物总硒和MeSeCys有机硒水平