日本研究人员揭示了某些葫芦科植物将污染物吸收进果实的机制。其关键在于一种能通过植物汁液输送污染物的蛋白质。通过改造该蛋白质的结构，科学家有望培育出能够抗污染或充当天然土壤净化器的作物。这一发现将食品安全与环境治理联系了起来。
受污染葫芦科植物的奥秘
葫芦科植物，包括南瓜、甜瓜、黄瓜和西葫芦，以其果实中积累高浓度污染物而闻名。神户大学农业科学家乾秀行解释说：“这些污染物不易降解，因此对食用其果实的人构成健康风险。有趣的是，其他植物不会这样做，所以我开始对为什么这种情况专门发生在这一类植物中产生了兴趣。”
乾秀行及其团队早期的研究表明，葫芦科植物含有一种能与污染物结合的蛋白质，使其能够在植物组织中移动。在最近的一项研究中，科学家们发现，这些蛋白质的形状及其与污染物结合的强度，决定了最终会有多少污染物进入植物的地上部分。
“然而，这些蛋白质存在于许多其他植物中，甚至在葫芦科植物中，也有一些品种比其他品种更容易积累污染物。随后我们注意到，在高积累品种中，汁液中的蛋白质浓度更高，”乾秀行说。这促使团队研究这些蛋白质是如何被分泌到植物汁液中的。
微小的分子标签成为关键
在发表于《植物生理学与生物化学》的新论文中，神户大学团队报告称，来自高积累植物的蛋白质变体被释放到汁液中，而其他版本的蛋白质则留在细胞内。他们发现，蛋白质氨基酸序列中的微小变异起到了“标签”的作用，指示细胞是保留该蛋白质还是将其排出。
为了验证这一点，研究人员将高积累蛋白引入不相关的烟草植物中。经过修饰的烟草植物也将该蛋白质输出到了汁液中，从而证实了这一机制。“只有被分泌出来的蛋白质才能在植物体内迁移并被运输到地上部分。因此，这似乎是低污染和高污染植物品种之间的决定性差异，”乾秀行解释道。
了解污染物如何在食用作物中积累有助于实现更安全的农业。“通过控制污染物转运蛋白的行为，即通过基因修饰改变其污染物结合能力或其向植物汁液中的分泌，我们相信有可能培育出在可食用部分不积累有害化学物质的安全作物，”乾秀行说。
利用植物净化受污染土地
乾秀行的愿景不仅限于食品安全。“我开展这项研究是因为我在寻找能够有效检测和降解污染物的植物。因此，我也设想我们可以利用通过这项工作获得的知识，创造出能更有效吸收土壤污染物的植物。这可能转化为一种净化受污染土壤的技术，”他说。
这项工作得到了日本学术振兴会（资助号 23241028）和村尾教育基金会的支持。