Broussonetia papyrifera中的APS和APR基因家族：进化保守性、功能分化以及在硒吸收和生物强化中的作用

《Horticulture Advances》：APS and APR gene families in Broussonetia papyrifera: evolutionary conservation, functional divergence, and roles in selenium assimilation and biofortification

　　摘要

在饲料树物种中添加硒（Se）是一种可持续的策略，可以改善其营养价值。本研究探讨了高生物量木质植物Broussonetia papyrifera对外源亚硒酸盐（Na2SeO3）和硒酸盐（Na2SeO4）的生理和分子响应。低浓度的硒（≤0.4 mM）显著促进了植物生长，而高浓度（0.8 mM），尤其是Na2SeO4，则以剂量依赖的方式抑制了生物量的积累。两种形式的硒都显著增加了叶片中的硒含量，其中Na2SeO4的吸收效率更高。全基因组筛选发现了四个与硫酸盐/Na2SeO4同化相关的基因，包括ATP硫化酶1（BpAPS1）、BpAPS2、腺苷5′-磷酸硫酸还原酶（BpAPR1）和BpAPR2。系统发育分析证实了这些蛋白质的进化保守性，它们定位于叶绿体中。组织特异性表达模式显示BpAPS1、BpAPR1和BpAPR2的转录水平与硒含量呈正相关，而BpAPS2的表达则呈负相关，表明它们具有功能差异。与野生型（WT）植物相比，过表达这些基因的转基因拟南芥（Arabidopsis thaliana）线条在Na2SeO4胁迫下积累了1.27至1.60倍的硒，并且关键的内源性硒代谢基因如AtAPS、AtAPR、S-腺苷甲硫氨酸载体3（AtSAM）和同型半胱氨酸S-甲基转移酶（AtHMT）的表达也得到协调上调，这表明硒的吸收和解毒能力得到了增强。总体而言，这些发现阐明了APS和APR基因家族在木质作物中硒吸收、同化和解毒中的功能作用，为硒生物强化提供了潜在的遗传靶点。

引言

硒（Se）是人类和动物必需的微量元素，在抗氧化防御、甲状腺激素代谢和免疫调节中起着关键作用（Winther等人，2020）。由于人类和其他动物不能内源性合成硒，因此必须通过饮食来源获取（Wang等人，2021）。然而，大多数天然食物中的硒含量通常较低（Abdullah等人，2025）。植物作为土壤-植物-人类食物链中的主要环节，从土壤中吸收无机硒并将其转化为生物可利用的有机形式，供更高营养级的生物利用（Huang等人，2023；Liao等人，2024）。在中国，土壤中硒的普遍缺乏导致饲料作物中的硒含量较低，限制了畜禽的硒营养（Duborská等人，2022）。植物的硒生物利用度很大程度上取决于它们通过与硫代谢相关的生化途径将无机硒吸收为有机化合物的能力（Yarmolinsky等人，2013）。这一过程中的关键酶包括ATP硫化酶（APS）和腺苷5′-磷酸硫酸还原酶（APR），它们催化硫酸盐/Na2SeO4活化为腺苷5′-磷酸硫酸盐并随后还原，为硒氨基酸的合成提供还原形式的硫/硒（Pilon-Smits等人，1999）。在油菜（Brassica oleracea）中，暴露于Na2SeO4会增强APS和APR的活性，从而增加硒的吸收和转化，进而提高硒的积累和营养价值（Gui等人，2022）。转录组研究表明，Broussonetia papyrifera中的APS和APR基因表达受外源硒的浓度依赖性诱导，这表明它们参与了硒的同化（Zhu等人，2025）。尽管在主要粮食作物中进行了大量的硒生物强化研究，但像B. papyrifera这样的饲料物种仍缺乏探索，尽管它们具有巨大的潜力。然而，该物种中APS和APR家族成员的调控机制和功能特性仍大多未知。

B. papyrifera是一种生长迅速的木质饲料物种，具有优良的农艺特性，包括高生物量产量、强的生态适应性和对各种非生物胁迫（包括硒胁迫）的显著耐受性（Li等人，2025；Chen等人，2025）。值得注意的是，B. papyrifera具有显著的能力吸收无机硒并将其转化为有机形式，这是其耐硒胁迫的关键因素，使其成为硒强化饲料开发的理想候选者（Chen等人，2024）。B. papyrifera的叶子富含蛋白质、必需氨基酸和硒等矿物质，长期以来被用作饲料和传统医学材料，具有重要的生态和经济价值（Chen等人，2022）。增加该物种中的有机硒含量是一种实用、安全且经济有效的策略，可以缓解动物生产系统中的硒缺乏问题（Yuan等人，2024）。然而，对B. papyrifera中硒吸收、运输、同化和转化的分子机制的理解有限，特别是APS和APR基因在硒代谢中的保守但未充分探索的作用，限制了其在硒生物强化中的广泛应用。

在本研究中，从B. papyrifera中克隆了四个与硒同化相关的基因（BpAPS1、BpAPS2、BpAPR1和BpAPR2），并通过结构分析、启动子分析、系统发育分析和亚细胞定位分析对其进行了表征。研究了B. papyrifera对外源硒不同浓度的生理响应，以及这些基因与硒积累相关的组织特异性表达模式。通过拟南芥中的异源表达验证了这些基因在增强硒吸收、耐受性和代谢调节中的作用。这些发现突出了APS和APR基因家族在B. papyrifera中硒代谢中的功能重要性，为开发富硒木质饲料物种提供了有价值的分子靶点。

材料与方法

植物材料

B. papyrifera ‘Kegou 101’由中国科学院植物研究所开发，商业购买并在中国荆州长江大学西校区（30.35°N，112.15°E）的温室中栽培。生长基质由泥炭、红土、蛭石和珍珠岩按6:1:1:1的体积比混合而成。幼苗被移植到园艺盆中，并每周用高压灭菌的Hoagland溶液灌溉。适应一个月后，将植物分别用0、0.2、0.4或0.8 mM的Na2SeO4处理（Chen等人，2025）。每个盆每周通过叶面喷施100毫升硒溶液，这是叶面硒应用研究中常用的体积，以确保叶片均匀覆盖而无渗漏，持续四周。最后一次处理后7天收获根、茎和叶子，并储存在-80°C。每个生物重复实验包含四株植物。

拟南芥（Arabidopsis thaliana）种子在16小时光照/8小时黑暗周期下、25°C和65%相对湿度条件下发芽，15天大的植物用0.4 mM Na2SeO4进行两周的叶面喷施处理。最后一次处理后5天收获植物并彻底冲洗。Nicotiana benthamiana种子在25°C下发芽，长出两片真叶的幼苗在相同条件下移植并培养，直到长出四到六片叶子，然后用于亚细胞定位分析。

BpAPS和BpAPR基因的全基因组鉴定和理化表征

使用先前组装的B. papyrifera基因组数据进行了BpAPS和BpAPR基因的全基因组鉴定。从Pfam（https://pfam.xfam.org/）检索了APS（PF01747）和APR（PF01507.22）结构域的隐马尔可夫模型（HMMs），并使用HMMER 3.0查询B. papyrifera蛋白数据库（Chen等人，2024）。使用NCBI-CDD和SMART验证候选序列的保守结构域，并使用TBtools-II v2.388分析其染色体位置。使用ProtParam（http://web.expasy.org/protparam/）分析蛋白质的理化性质，使用TMHMM v2.0预测跨膜结构域，使用SignalP-4.1识别信号肽。使用ProtScale（http://web.expasy.org/protscale/）生成疏水性谱型，使用SOPMA（https://npsa.lyon.inserm.fr/cgi-bin/secpred_sopma.pl）预测二级结构，并通过SWISS-MODEL（http://swissmodel.org/workspace/）建模和验证三级结构（Chen等人，2020）。

系统发育分析和启动子分析

使用B. papyrifera中的BpAPS和BpAPR蛋白序列，在Phytozome（https://phytozome-next.jgi.doe.gov/）、NCBI或GigaDB（http://gigadb.org/）中搜索相应的序列。使用MUSCLE v3.8.31和默认参数生成了32个物种的系统发育树（表S1、S2）。基于全长蛋白序列，使用MEGA-X的邻接法进行了系统发育分析（Liu等人，2024）。

基于先前组装的B. papyrifera基因组数据，提取了BpAPS和BpAPR基因上游2000 bp的序列，并使用PlantCARE在线工具（https://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）预测顺式作用调控元件。使用TBtools（Chen等人，2020）可视化识别出的顺式元件。

亚细胞定位

为了分析BpAPS1、BpAPS2、BpAPR1和BpAPR2的亚细胞定位，生成了绿色荧光蛋白（GFP）融合构建体，并将其与叶绿体标记p1300-35S-OsPHT4;1-eGFP一起引入Agrobacterium tumefaciens GV3101（Li等人，2020）。将Agrobacterium悬浮液共注入4周大的N. benthamiana植物的叶子中进行短暂表达。在25°C、16小时光照/8小时黑暗的光周期下培养48小时后，使用Leica TCS SP8共聚焦激光扫描显微镜观察表皮细胞中的GFP荧光（Leica Microsystems，Wetzlar，德国）。

硫同化基因的分离和功能载体制备

设计特异性的引物（引物序列列于表S3）以从B. papyrifera的总RNA中扩增全长BpAPS和BpAPR cDNA。合成第一链cDNA用于基因克隆（RNA样本详细信息见表S4）。PCR产物进行纯化，连接到pMD-19 T载体上，转化到大肠杆菌DH5α中，并使用M13引物进行克隆体PCR筛选。阳性克隆通过Sanger测序（Sangon Biotech，上海）确认，并使用SnapGene软件（GSL Biotech LLC，芝加哥，IL，USA）与转录组衍生序列比对。验证的编码区域通过同源重组亚克隆并插入过表达载体pNC-Cam2304-MCS-35S和亚细胞定位载体pNC-Cam1304-SubC中。重组质粒在DH5α中繁殖，并通过冻融法引入Agrobacterium tumefaciens GV3101。在含有卡那霉素和利福平的YEP培养基上选择转化的克隆，并使用特异引物进行PCR验证（Guo等人，2024）。

总硒含量的测定

通过携带pNC-Cam2304-MCS-35S构建体的GV3101进行花兜蘸取，生成过表达BpAPS和BpAPR的转基因拟南芥植物（表S5）。野生型（WT）植物和三个独立的纯合T3过表达系（OE1–OE3）在90孔培养板中在16小时光照/8小时黑暗的光周期下生长。抽薹后约7天开始叶面硒处理。植物用0.4 mmol·L–1 Na2SeO4处理，间隔5天进行三次处理。最后一次处理后收获植物组织进行硒分析。

大约0.2克的植物材料用微波消化系统与HNO3-H2O2消化，然后用HCl处理并在石墨消化块上澄清。冷却后加入 potassium ferricyanide，用去离子水稀释样品。总硒含量通过氢化物生成-原子荧光光谱法（HG–AFS）测定，使用5%（v/v）HCl作为载体溶液和KBH4/KOH作为还原剂，方法如之前所述（Rao等人，2021）。

转基因拟南芥中硒相关基因的基因表达分析

为了评估转基因拟南芥中硒相关基因的表达，从Ensembl Plants数据库（https://plants.ensembl.org/Arabidopsis_thaliana/Info/Index）获取基因组和注释数据（TAIR10）。筛选编码硒代谢途径中关键酶的基因，根据E值阈值<1e-5选择候选基因。使用相应的HMMs从基因组文件中提取基因序列。从转基因拟南芥叶子中分离总RNA，并合成cDNA用于定量实时PCR（qRT–PCR）分析。使用SYBR Green化学方法量化候选基因的表达水平，以AtActin作为内参基因，使用2–ΔΔCt方法计算相对表达量。

统计分析

统计分析使用Excel（v2022）或Origin（https://www.originlab.com/）进行，结果以三个生物重复实验的平均值±标准误（SE）表示。应用了一元方差分析（ANOVA）后进行Tukey检验来检测组间显著性，P<0.05被认为是统计学上显著的。

**结果**

对BpAPS和BpAPR基因的特性分析及系统发育分析：
通过使用Pfam数据库中的APS（PF01747）和APR（PF01507.22）结构域的隐马尔可夫模型（HMMs），通过HMMER 3.0搜索B. papyrifera蛋白质数据库，鉴定出两个候选的APS蛋白序列和两个APR蛋白序列。使用NCBI CDD工具进行的保守结构域分析确认，两种APS蛋白都含有ATP-磺酰化酶家族结构域，而两种APR蛋白则含有5′-腺苷硫酸还原酶家族结构域（图1a）。染色体定位分析显示，BpAPS1、BpAPS2、BpAPR1和BpAPR2分别位于第2、13、8和5号染色体上（图1b）。基于这些结果，每个基因家族分别确定了两个成员，并分别命名为BpAPS1、BpAPS2、BpAPR1和BpAPR2。

**图1**

**Broussonetia papyrifera中ATP磺酰化酶1（BpAPS）和腺苷5′-磷酸硫酸还原酶1（BpAPR）基因的蛋白质结构及启动子分析：**
a. BpAPS和BpAPR蛋白的保守结构域分析。
b. B. papyrifera中BpAPS1、BpAPS2、BpAPR1和BpAPR2的染色体定位和分布。
c. 基于来自不同植物物种的全长氨基酸序列对APS和APR蛋白进行的系统发育分析。树状图是使用邻接连接（NJ）方法构建的，并进行了1000次自助法（bootstrap）复制。
d. BpAPS和BpAPR基因2000 bp上游启动子的顺式作用元件分析。

BpAPS1、BpAPS2、BpAPR1和BpAPR2的全长cDNA序列长度在1401到1446 bp之间，编码的蛋白质含有466到481个氨基酸。推导出的蛋白质含有20种标准氨基酸，预测的分子量在51.77–53.63 kDa之间。通过SWISS-MODEL进行同源建模显示，BpAPR1与拟南芥（A. thaliana）的APR1模型（PDB: 5yry.1.A）具有79.82%的序列同源性，而BpAPS1、BpAPS2和BpAPR2与甘蓝（Glycine max）的APS模型（PDB: 4maf.1.A）具有78.36%的同源性（表S6）。亚细胞定位预测表明，这四种蛋白质都定位于叶绿体中。

**系统发育分析：**
两个BpAPS基因与Morus notabilis、Ficus carica和Cannabis sativa中的APS同源基因聚集在一起，而两个BpAPR基因则与同一物种中的APR同源基因分在一起。BpAPS1和BpAPS2与F. carica的FcAPS2和M. notabilis的MnAPS1具有最密切的关系，这一关系得到了100%的自助法支持。同样，BpAPR1和BpAPR2与FcAPR1（GMN36344.1:1–472）和FcAPR2也表现出最高的同源性，同样具有100%的支持。BpAPR2与MnAPR2（XP_010096894.1:22–458）的关系最为密切，支持率为90%。这些结果表明，BpAPS和BpAPR基因具有高度保守性，并且很可能与其相关物种（如M. notabilis）中的同源基因具有相似的功能作用。

**BpAPS和BpAPR启动子的顺式作用元件分析：**
启动子分析显示，BpAPS1、BpAPS2、BpAPR1和BpAPR2的上游区域含有与光、ABA和MeJA反应相关的顺式元件，表明它们受到环境和激素信号的调控。除了这些共同元件外，BpAPS1启动子还包含对水杨酸（SA）和赤霉素（GA）有反应的元件，以及MYB和W-box转录因子的结合位点，这提示它们可能在应激相关的转录调控中发挥作用。BpAPS2启动子独特地含有对低温有反应的元件，表明它们可能在耐寒反应中起作用。BpAPR1和BpAPR2启动子都含有GA和MeJA反应元件，其中BpAPR2启动子还含有与防御和应激相关的顺式元件。相比之下，BpAPR1启动子含有ABA反应元件，但缺乏SA反应元件（图1d）。

**APS和APR蛋白的亚细胞定位：**
共聚焦显微镜观察显示，所有四种融合蛋白的GFP荧光与叶绿素的红色自荧光以及OsPHT4;1-eGFP叶绿体标记信号重叠，证实了BpAPS1、BpAPS2、BpAPR1和BpAPR2定位于叶绿体中（图2）。这种定位表明这些蛋白质可能在叶绿体相关的Se吸收和调控途径中起作用。

**外源硒处理对B. papyrifera幼苗的影响：**
在0.4 mM浓度下，两种硒形式（Se）都继续促进生长，尽管其效果低于0.2 mM浓度。值得注意的是，在此浓度下，Na2SeO4导致了明显的叶片损伤，包括叶缘出现红棕色斑点和轻微的黄化现象。在较低浓度（0.2 mM）下，Na2SeO3和Na2SeO4都促进了幼苗的生长，使叶片变大，生物量增加，植株的最大高度分别达到了42.17 cm和40.82 cm，比对照组分别增加了14.4%和10.8%。然而，在高浓度（0.8 mM）下，任何一种硒形式都会抑制生长，其中Na2SeO4引起了更严重的药害效应，如叶片卷曲、黄化甚至坏死。与对照组相比，植株高度减少了29.8%，表明在这种剂量下植物产生了强烈的应激反应（图3a, b）。

**硒处理对Broussonetia papyrifera幼苗生长和硒积累的影响：**
Na2SeO3和Na2SeO4处理显著增加了所有B. papyrifera组织中的总硒浓度，并且这种影响具有剂量依赖性。在Na2SeO3处理下，根和茎中的硒积累在0.2–0.4 mM浓度时趋于平稳，而叶片中的硒含量在0.8 mM时达到最高（100.02 mg·kg–1干重）。与Na2SeO3相比，Na2SeO4在相同浓度下导致组织中的硒富集程度更高，表明其吸收效率高且组织耐受性更强（图3c–e）。定量表达分析显示，在不同硒浓度和形式下，BpAPS和BpAPR基因在B. papyrifera组织中的表达模式有所不同。BpAPS1的表达在低硒浓度（0.2 mM）时达到峰值，而BpAPS2在0.8 mM硒浓度下表达最强，这可能反映了更高的硒胁迫而不是单纯的硒积累。BpAPR基因也在不同组织中表现出组织特异性的峰值：BpAPR1在根中的表达最高在0.2 mM时，而在叶中则在0.4 mM时最高（图4）。

**转基因植物中APS和APR基因的过表达：**
在叶片施用0.4 mM Na2SeO4后，所有转基因系的硒积累量都显著高于野生型（WT）植物（图5a, S1）。WT植物的总硒含量为67.93 mg·kg–1干重，而在所有过表达系中，BpAPS1-OE1、BpAPS1-OE2和BpAPS1-OE3系的硒含量最高，平均为108.43 mg·kg–1干重，比WT高出约60%。BpAPR1-OE1–OE3系的硒含量也显著增加，平均为101.59 mg·kg–1干重，约为WT的1.28倍。相比之下，BpAPR2-OE1–OE3系的硒含量增加了86.72 mg·kg–1干重，约为WT的1.41倍。这些结果表明，过表达这些基因可以增强拟南芥中的硒积累，其中BpAPS1的效果最为显著（图5b）。

**过表达BpAPS和APR基因对拟南芥（Arabidopsis thaliana）中硒代谢相关基因的影响：**
在0.4 mM Na2SeO4处理下，过表达BpAPS1和BpAPR的转基因植物中内源性硒含量增加。WT植物的总硒含量为67.93 mg·kg–1干重，而在所有过表达系中，硒含量显著更高。在BpAPS1-OE1、BpAPS1-OE2和BpAPS1-OE3系中，参与硒激活和还原的基因表达显著上调。如表达热图所示，多个AtAPS和AtAPR亚型在两种过表达系中均得到协调诱导，表明Na2SeO4向活化中间体的转化及其后续还原过程得到增强。具体来说，BpAPS1-OE1–OE3主要促进了AtAPS3、AtAPS4、AtAPR2和AtAPR3的表达，而BpAPS2-OE则更强地激活了AtAPS1/2，并显著增加了AtAPR3的表达，表明这两种APS基因在调控硒吸收途径方面存在功能差异（图6）。与这些转录变化一致，参与甲基基团代谢的基因（包括S-腺苷甲硫氨酸载体3和4（AtSAM3和AtSAM4）在APS过表达系中广泛上调，支持了硒胺酸的合成增强。此外，解毒和挥发相关基因（如同型半胱氨酸S-甲基转移酶1和3（AtHMT1和AtHMT3）以及甲基硒醇甲基转移酶1（AtMMT1）的表达也得到一致诱导，尤其是在BpAPS2-OE1–OE3植物中。这表明加速的硒甲基化和挥发过程可能有助于提高硒的耐受性（图6–7）。

**讨论：**
在高硒供应条件下，B. papyrifera的器官特异性生长反应和硒分配：硒处理引起了植物器官生长的差异性和硒分布的变化。在高硒浓度下，地上组织的生长受到明显抑制，叶片扩展和茎伸长显著减少。相比之下，根部积累了更高水平的硒，但生长抑制不那么明显。这种模式表明植物器官对硒胁迫的敏感性存在差异（Chen等人，2024年）。叶片表现出优先的硒积累和更强的生长抑制，表明地上组织是主要的硒汇和应激感知部位。因此，在高硒条件下生长受到抑制反映了生理适应，而非急性毒性。根和茎显示出相对稳定的生长，表明植物在硒胁迫下保持了结构完整性和运输能力。总体而言，B. papyrifera对硒的反应具有剂量依赖性，低硒水平促进生长，而高硒水平则抑制生长。这种双相反应与“毒物兴奋”（hormesis）模型一致，为后续的转录调控提供了生理基础。在硒代谢过程中，BpAPS和BpAPR基因表现出保守性和剂量依赖性的功能差异。比较研究表明，APS和APR异构体（包括FcAPS2和FcAPR1）在质体中参与硫酸盐和硒的激活与还原过程（Takahashi等人，2011年，2014年）。与这些发现相符的是，BpAPS和BpAPR与来自M. alba、P. trichocarpa和A. thaliana的同类基因聚类，这支持了它们在硫酸盐和硒代谢中的保守作用。尽管存在这种保守性，但在硒处理下它们的表达仍存在剂量和组织依赖性的变化，表明了功能上的专业化。BpAPS1主要在低硒条件下被诱导，提示其可能在基础硒吸收中起主要作用；相比之下，BpAPS2在高硒浓度下显著上调。结合其启动子中存在的应激响应元件，这种模式表明BpAPS2可能参与应激相关信号传导，而不仅仅是硒吸收（El Mehdawi等人，2018年）。BpAPR1和BpAPR2之间的功能差异进一步强调了硒还原过程的精细调控（Freeman等人，2010年）。这种功能多样性可能代表了B. papyrifera的一种适应策略，使其能够在波动的环境条件下动态平衡硒的吸收、同化和解毒（Schiavon等人，2015年；Dall’Acqua等人，2019年）。在这种情况下，BpAPS2的强烈诱导可能反映了植物对升高硒暴露的应激响应性转录调整。结合高硒条件下BpAPS2的应激诱导激活，这些发现表明APS和APR基因不仅促进硒吸收，还在硒供应超过最佳水平时激活下游的耐受性和解毒机制（Chauhan等人，2020年）。对硒酸盐和亚硒酸盐的不同反应进一步突显了涉及BpAPS和BpAPR的特化调控网络，支持“毒物兴奋”模型——即低硒水平促进生长，而高硒水平则触发应激缓解和解毒途径（Chen等人，2022年；Zhu等人，2025年）。

BpAPS和BpAPR的过表达增强了拟南芥中的硒吸收和耐受性。BpAPS1和BpAPS2的过表达主要增强了上游的硒激活，表现为内源性AtAPS异构体的协同上调以及AtAPR的诱导，共同增加了从硒酸盐向还原性同化的代谢通量（Pilon-Smits等人，1999年；Zhang和Chu，2022年；Chao等人，2022年）。相反，BpAPR1和BpAPR2的过表达直接增强了硒的还原和下游加工。这些基因显著上调了AtAPR及相关解毒基因（如AtSAM、AtHMT和AtMMT1），后者有助于将还原态硒转化为毒性较低或易挥发的形式（Li等人，2008年；Ahmed等人，2019年）。定量生物量分析进一步证实了这些表型观察结果。总之，这些结果支持了一种调控模型：APS作为硒进入和激活的主要驱动因素，而APR则作为一个关键控制点，将硒还原与下游解毒途径联系起来。

共聚焦显微镜检测证实，所有BpAPS和BpAPR蛋白都定位于叶绿体中，这与硫同化酶和硒代谢在质体中的定位一致（Schiavon等人，2015年）。这些酶在叶绿体中的存在表明它们直接参与将Na2SeO4转化为Na2SeO3，然后通过还原性同化途径进一步还原为硒代氨基酸（如SeCys和SeMet）（Schiavon和Pilon-Smits，2017年）。这种定位还意味着它们参与了氧化还原中间体的生成（例如GSH和NADPH），这些中间体是硒代谢的关键辅因子（Schiavon等人，2020年；Nogueira等人，2021年）。此外，质体的区室化可能通过限制细胞质中活性硒中间体的暴露来提供保护作用，从而减少氧化应激（Pottosin和Sergey Shabala，2016年）。质体内的硒甲基化和挥发有助于通过生成挥发性有机硒化合物来促进硒的解毒和稳态（Van Hoewyk等人，2005年；Trape和Pilon-Smits，2021年；Jagot等人，2025年）。在这种以质体为中心的代谢机制中，BpAPS2可能作为一个调控节点，整合硒的可用性和应激信号，从而对硒的吸收和耐受性进行反馈控制，而不仅仅是促进硒的积累。总体而言，BpAPS和BpAPR蛋白在叶绿体中的定位表明它们不仅在初级硒吸收中发挥作用，还参与下游的解毒过程，可能与其他质体定位的甲基化和挥发机制协同作用，以调节硒的耐受性和稳态。

本研究克隆并分析了来自B. papyrifera的四个与硒吸收相关的基因，重点关注它们的序列特征、组织特异性表达、亚细胞定位和生物学功能。启动子和系统发育分析表明它们参与了应激反应，并与M. alba的同类基因具有强烈的进化保守性。瞬时表达实验确认这四种蛋白都定位于叶绿体中，强调了它们在叶绿体介导的硒代谢中的作用。外源硒处理对植物生长和硒积累产生了剂量依赖性的影响，其中Na2SeO4促进了更高的吸收效率。BpAPS1、BpAPR1和BpAPR2的表达与组织中的硒水平相关，而BpAPS2表现出独特的表达模式，表明其具有专门的功能。过表达这些基因的转基因拟南芥植株积累了更多的硒，并增强了关键硒代谢相关基因的表达，提高了硒的吸收、同化和挥发能力，最终增强了耐受性。这些发现为木本饲料物种中的硒生物强化提供了分子基础。