土壤镉污染是全球面临的重大环境问题，严重危害着土壤质量和人体健康。植物修复因成本低、对环境友好，是镉污染修复的重要途径。柳树生长迅速、适应性强、生物量大，是高效吸收镉的木本植物。基因工程是高效靶向性的植物育种手段，但柳树镉富集过程中的关键基因尚不清楚。

近日，我院陶俊教授团队在国际学术期刊《Journal of Hazardous Materials》（中科院一区Top期刊，IF=13.6）发表了题为“Expression of Sailx suchowensis SsIRT9 enhances cadmium accumulation and alters metal homeostasis in tobacco”的研究论文，挖掘出柳树镉积累过程中的关键转运蛋白SsIRT9，解析了SsIRT9在提高植物镉积累过程中的作用。

在该研究中，通过表达模式分析和酵母异源回补功能验证筛选出介导高效吸收镉的候选基因柳树转运蛋白SsIRT9；亚细胞定位结果表明SsIRT9定位在质膜上，是典型的膜蛋白。将SsIRT9在烟草中表达后，发现短期水培和长期土培下，SsIRT9转基因烟草生物量与野生型相比均没有变化，但根系镉积累量增加了152%-364%，地上部增加了135%-444%，且转基因植株体内锰锌稳态也发生变化（图1）。其他植物中过量表达IRT/ZIP家族基因仅能提高植物镉富集浓度1-2倍，而本研究获得的SsIRT9蛋白在不减少烟草生物量的情况下，能有效提高烟草体内镉浓度2-4.5倍（图2）。

图1 SsIRT9增强烟草对镉的富集

图2 植物IRT/ZIP家族功能基因进化树分析以及镉积累能力评价

综上所述，该研究获得了柳树富集镉的关键基因SsIRT9，阐明了SsIRT9富集镉的模式，为进一步利用基因工程提高柳树镉修复效率提供了重要的基因资源（图3）。

图3 柳树SsIRT9介导烟草富集镉模式图

我院青年教师郭楠博士为该研究论文的第一作者，硕士研究生凌慧为共同一作，硕士研究生俞仁奎和高菲、中山大学曹越副教授参与了该项研究工作，陶俊教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学青年基金和扬州市“绿扬金凤计划”优秀博士人才项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132958