近日，av直播 赵方杰教授团队在《Environmental Science & Technology》在线发表了题为“Microbial arsenic methylation and microbial reduction of dimethylarsenate contribute to the production of highly toxic dimethylarsenite in paddy soil”的研究论文，该论文揭示了诱发水稻“直穗病”的终极“元凶”剧毒二甲基三价砷[DMAs(III)]在稻田土壤中的产生途径与机制。

水稻过量积累二甲基砷[DMAs]会诱发水稻“直穗病”，导致水稻严重减产。自然界中DMAs以五价态[DMAs(V)]和三价态[DMAs(III)]存在，其中DMAs(III)极易被氧化。由于样品保存和检测方法的限制，以往研究未能在水稻土和水稻中检测到DMAs(III)。因此，哪种价态的DMAs真正诱发水稻“直穗病”依旧未知。

近年来，本团队建立了针对环境样品中DMAs(III)的保存和检测方法(Chen et al., 2023)，发现DMAs(III)在稻田土壤中广泛存在。另外，土壤中产生的DMAs(III)会被水稻吸收并积累。通过水稻水培实验，将水稻分别暴露于DMAs(V)和DMAs(III)中发现，相比于DMAs(V)，DMAs(III)对水稻幼苗的毒性更大，且更易诱发水稻“直穗病”。但是，稻田土壤中DMAs(III)的产生途径和机制尚不清楚。

针对上述问题，研究团队采用厌氧微生物纯培养、体外酶活实验、基因敲除和异源表达等方法，揭示了稻田土壤中DMAs(III)的产生途径和机制。研究结果明确了稻田土壤中DMAs(III)通过厌氧微生物介导的砷甲基化和DMAs(V)还原过程产生。砷甲基化过程由砷甲基转移酶所催化，将无机三价砷直接甲基化为DMAs(III)。另外，为探究厌氧微生物体内的DMAs(V)还原机制，本研究敲除了菌株Enterobactersp.CZ-1（具有DMAs(V)还原能力）体内的谷胱甘肽（GSH）和半胱氨酸（Cys）合成酶基因，阻断了GSH和Cys的合成，进而抑制了DMAs(V)的还原。另外，将上述GSH和Cys合成酶基因异源表达于大肠杆菌后，可增强大肠杆菌对DMAs(V)的还原能力。该结果指示GSH和Cys在菌株CZ-1体内的DMAs(V)还原过程中发挥重要作用（图1）。该研究不仅拓宽了我们对稻田土壤中砷的生物地球化学循环的认知，也为防控水稻“直穗病”提供了重要的理论基础和新思路。

图1. 稻田土壤中DMAs(III)的产生途径和机制，及其更易诱发水稻“直穗病”

av直播 博士研究生余钰为论文第一作者，陈川副教授为通讯作者，赵方杰教授为本研究提供了关键指导，黄科副教授、王珮同副教授和在读硕士研究生薛莉也参与了本研究，该研究得到了国家自然科学基金和中央高校项目的资助。

文章链接：//pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.5c13331

参考文献：

Chen, C.; Yu, Y.; Wang, Y. J.; Gao, A. X.; Yang, B. Y.; Tang, Z.; Zhao, F. J., Reduction of dimethylarsenate to highly toxic dimethylarsenite in paddy soil and rice plants.Environ. Sci. Technol.2023,57, 822-830.