漆酶催化的木质素合成在植物重金属耐性中的作用

木质素是植物细胞壁的主要成分之一，由木质素单体在过氧化物酶和漆酶作用下氧化聚合生成。前期研究结果显示，美洲商陆地上部能够积累大量的重金属，尤其是镉和锰。本研究项目通过研究重金属锰、镉胁迫下美洲商陆植物不同组织中木质素积累和组成特点，分析过漆酶和氧化物酶在木质素生物合成中的作用。特别是通过克隆漆酶和过氧化物酶基因、分析这些基因在重金属胁迫下的表达特征，构建基因表达载体、转化烟草，获得稳定表达的转基因植株，分析基因表达与木质素生物合成的相关性、木质素积淀对重金属运输、积累的影响等，试图明确重金属胁迫下植物漆酶和过氧化物酶在木质素生物合成中的作用与地位，探索通过木质素合成途径的调节提高植物对重金属的耐性和改变重金属在植物体内积累与分配过程的可能性，这不仅对进一步阐明植物的重金属耐性机制具有重要理论意义，而且还可为降低重金属在植物可食部分中的积累、确保农产品安全提供新的技术途径。

土壤重金属污染已经成为世界性的环境问题，土壤中过量的重金属不仅影响作物的产量和品质，还可以经食物链危害人体的健康。提高植物重金属耐性能够降低由重金属污染带来的负面影响。木质素是细胞壁的组成成分之一，由木质素单体在过氧化物酶和漆酶的催化下聚合而成，木质素的合成能够参与植物对环境胁迫的响应。在本研究中，我们重点研究了Cu胁迫下水稻木质素合成的响应机制，并通过在拟南芥中表达水稻漆酶基因研究其在植物重金属耐性中的作用。结果表明，Cu胁迫可以通过增强木质素聚合反应来提高水稻根系中木质素积累的水平。Cu胁迫诱导产生的H2O2能够参与调控木质素单体的聚合反应及木质素的积累，而这一过程可能会影响Cu从根系向地上部的转运。Cu诱导的水稻漆酶基因OsLAC11可能参与催化木质素的合成，并能够增强拟南芥Cu耐性，减少拟南芥根系对Cu的吸收。本项目的研究，明确了漆酶催化的木质素合成在植物响应重金属胁迫中的作用，为通过木质素合成途径的调节来提高植物重金属耐性和改变重金属在植物体内积累与分配过程提供了理论基础。